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A hybrid chemical modification strategy for monocrystalline silicon micro-grinding:Experimental investigation and synergistic mechanism

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Chinese Journal of Aeronautics 2023年第7期36卷 147-159页

作者： Yinghui REN Kexin LI Wei LI Xiangming HUANG Xiaoman LIU Genyu CHEN toshiro doi College of Mechanical and Vehicle Engineering Hunan UniversityChangsha 410082China Laser Research Institute Hunan UniversityChangsha 410082China Kyushu University Fukuoka 814-0001Japan

For high performance manufacturing of micro parts and features,a hybrid chemical modification strategy is proposed to decrease critical energy barrier of mechanical removal of hard and brittle crystal material by refining localized machining *** strategy,namely UVlight and IR-laser hybrid chemical modification(UVIR-CM)strategy,includes two steps,an ultraviolet light(UV-light)catalytic advanced oxidation and an infrared laser(IR-laser)assisted selective modification based on Fenton liquid–solid reaction for monocrystalline *** modification effects of UVIR-CM strategy were investigated by surface morphology micro-observation,crosssection transmission electron microscopy(TEM)observation,Raman spectroscopy analysis and nanoindentation *** results demonstrated that varied degrees of laser texturing appeared on different strategy samples’IR-laser scanned *** the IR-laser thermal damage has been successfully inhibited due to the refraction and reflection of energy by bubbles in liquid *** for the UVIR-CM strategy,a uniform and amorphous silicate layer is detected in a certain *** UV-light promotes oxidation cycle ability of the chemical solution and ensures sufficient oxide modified layer for subsequent *** to synergism of photochemical,photothermal and kinetic effects induced by IR-laser,the modified layer displays layered structure with about 600 nm thickness,(2.7±0.60)GPa nanohardness,and(93.7±22.9)GPa indentation *** the layered structure is amorphous layer,nanocrystal and micro-twins layer from the surface to the interior of ***,it reveals that the subsequent mechanical removal will become easy due to decreasing energy barrier of monocrystalline silicon in selective ***,its original excellent mechanical properties also are maintained under a certain *** results contribute to develop a novel combined micro-machining technology to achieve collaborative manufacturin

关键词： Modification strategy Monocrystalline silicon Multi-energy fields Selective surface modification

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环境控制与等离子体技术融合对未来高精密抛光难加工材料所构成的挑战(英文)

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金刚石与磨料磨具工程 2022年第6期42卷 637-649,F0003页

作者：土肥俊郎會田英雄大西修尹韶辉任莹晖九州大学日本福冈814-0001 长冈技术科学大学日本新泻940-2188 宫崎大学日本宫崎889-2191 湖南大学长沙410082 株式会社doi Laboratory 日本福冈814-0001

以碳化硅、氮化镓和金刚石为代表的宽禁带半导体材料是典型的难加工材料。本研究中,设计2种基于化学机械抛光(CMP)的加工设备,以开发高效高质量加工此类晶体衬底的新技术,并研究讨论使用新设备时的加工机理和难加工衬底的加工特征。加... 详细信息

以碳化硅、氮化镓和金刚石为代表的宽禁带半导体材料是典型的难加工材料。本研究中,设计2种基于化学机械抛光(CMP)的加工设备,以开发高效高质量加工此类晶体衬底的新技术,并研究讨论使用新设备时的加工机理和难加工衬底的加工特征。加工设备的原型机分别为封闭箱式(closed chamber-type)环境控制CMP设备和等离子体熔融(plasma fusion)CMP设备。在前者中引入光催化反应,并在高压氧气环境下增加紫外辐射,试图提高加工效率。在后者中预期实现常压等离子体化学蒸发加工(P-CVM)和CMP各自优势的协同效应,尤其适合高硬度、极稳定的金刚石衬底。在验证设备加工机理的过程中,随加工过程进行,在极限表面(extreme surface)上形成了如水合物膜或氧化物膜的反应产物。因此,引入紫外辐射的箱式CMP设备在高压氧气环境下效率极高;而对等离子熔融CMP设备,在氧气氛围下,同时开展P-CVM和CMP时可实现对金刚石晶片的高效加工。通过对加工机理进行研究,提出由伪自由基场(pseudo radical filed)/反应产物形成和新表面接触磁流变抛光这两步构成的“循环处理方法”,可实现对难加工材料的高效率加工。

关键词：化学机械抛光(CMP) 难加工晶片箱式设备等离子体化学蒸发加工等离子体熔融化学机械抛光伪自由基场加工机理

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