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抛光垫及抛光液对固结磨料抛光氧化镓晶体的影响

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金刚石与磨料磨具工程 2022年第6期42卷 720-727页

作者：吴成李军侯天逸于宁斌高秀娟南京航空航天大学机电学院南京210016 航空工业成都飞机工业(集团)有限责任公司检验检测部成都610073

氧化镓晶体具有高禁带宽度、耐高压、短吸收截止边等优点,是最具代表性的第四代半导体材料之一,具有广阔地应用前景。氧化镓晶体抛光过程易出现微裂纹、划痕等表面缺陷,难以实现高质量表面加工,无法满足相应器件的使用要求,且现有的氧... 详细信息

氧化镓晶体具有高禁带宽度、耐高压、短吸收截止边等优点,是最具代表性的第四代半导体材料之一,具有广阔地应用前景。氧化镓晶体抛光过程易出现微裂纹、划痕等表面缺陷,难以实现高质量表面加工,无法满足相应器件的使用要求,且现有的氧化镓晶体抛光工艺复杂、效率低。固结磨料抛光技术具有磨粒分布及切深可控、磨粒利用率高等优点。采用固结磨料抛光氧化镓晶体,探究抛光垫基体硬度、磨料浓度和抛光液添加剂对被抛光材料去除率和表面质量的影响。结果表明:当抛光垫基体硬度适中为Ⅱ、金刚石磨粒浓度为100%、抛光液添加剂为草酸时,固结磨料抛光氧化镓晶体的材料去除率为68 nm/min,表面粗糙度Sa为3.17 nm。采用固结磨料抛光技术可以实现氧化镓晶体的高效高质量抛光。

关键词：固结磨料抛光氧化镓晶体材料去除率表面粗糙度固结磨料抛光垫

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氧化镓晶体不同晶面的纳米力学性能

硅酸盐学报 2020年第1期48卷 135-139页

作者：周海宋放韦嘉辉李永康盐城工学院机械工程学院江苏盐城224051

为了分析易解理的脆性氧化镓晶体的精密加工过程中材料去除机理,采用金刚石压头、G200型纳米压痕仪,分别对氧化镓晶体的(100)和(010)2个主要晶面的纳米力学性能进行了试验研究。纳米压痕试验发现:2个晶面都有"pop-in"现象,首次出现pop-i... 详细信息

为了分析易解理的脆性氧化镓晶体的精密加工过程中材料去除机理,采用金刚石压头、G200型纳米压痕仪,分别对氧化镓晶体的(100)和(010)2个主要晶面的纳米力学性能进行了试验研究。纳米压痕试验发现:2个晶面都有"pop-in"现象,首次出现pop-in的载荷分别为:4.31 m N和5.42 m N。通过变载荷纳米划痕试验和VK-X110激光显微系统观测,发现2个晶面都有"pile-up"现象,刻划过程中期均出现了塑性域加工特征,(100)和(010)晶面的塑性域加工切削深度范围分别是96.5~576.8 nm和84.6~421.6 nm。

关键词：氧化镓晶体纳米压痕纳米划痕力学性能塑性域加工

单颗磨粒刻划氧化镓晶体表面的裂纹成核位置及扩展方向研究

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中国机械工程 2021年第16期32卷 1945-1951页

作者：周海张杰群徐亚萌沈军州黄梦蝶盐城工学院机械工程学院盐城224051

为了分析新一代光电子材料氧化镓晶体在超精密磨削、研磨加工过程中的裂纹成核位置及扩展方向,建立了单颗磨粒刻划氧化镓(010)晶面的弹性应力场模型,分析了氧化镓(010)晶面的脆塑性转变临界切削深度。通过MATLAB软件分析预测刻划氧化镓... 详细信息

为了分析新一代光电子材料氧化镓晶体在超精密磨削、研磨加工过程中的裂纹成核位置及扩展方向,建立了单颗磨粒刻划氧化镓(010)晶面的弹性应力场模型,分析了氧化镓(010)晶面的脆塑性转变临界切削深度。通过MATLAB软件分析预测刻划氧化镓晶体过程中表面径向裂纹的成核位置及扩展方向,分析结果表明:当切削深度小于临界切削深度时,径向裂纹成核位置在磨粒的后方,裂纹扩展方向与切削方向之间的夹角在33°左右;当切削深度超过临界切削深度时,径向裂纹成核位置进一步向磨粒后方移动,裂纹生成方向与刻划方向之间的夹角在51°左右。为验证理论分析结果,对氧化镓晶体进行了纳米刻划试验,对比分析表明,氧化镓应力场的解析结果与试验数据高度一致。在线性加载条件下,Cube金刚石压头在氧化镓晶体(010)晶面上产生的径向裂纹偏转角在33.37°~51.45°之间。

关键词：氧化镓晶体径向裂纹成核裂纹扩展刻划试验应力分析

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研磨液在氧化镓晶体研磨中的作用

硅酸盐学报 2019年第1期47卷 43-47页

作者：黄传锦周海朱永伟徐晓明李军南京航空航天大学机电学院南京210016 盐城工学院机械学院江苏盐城224051

氧化镓晶体易解理,严重阻碍了研磨过程中晶体表面质量的提升。根据摩擦学原理建立边界润滑磨损模型,探索了不同研磨液在研磨过程中的作用机理。针对晶体的解理特性,依据理论模型依次采用水、油作为研磨液对氧化镓进行加工实验研究。结... 详细信息

氧化镓晶体易解理,严重阻碍了研磨过程中晶体表面质量的提升。根据摩擦学原理建立边界润滑磨损模型,探索了不同研磨液在研磨过程中的作用机理。针对晶体的解理特性,依据理论模型依次采用水、油作为研磨液对氧化镓进行加工实验研究。结果表明:首先水磨,晶体表面由粗研磨产生的解理现象得到有效抑制,表面粗糙度Ra由粗研磨后的325 nm降至70 nm;然后油磨,晶体表面的微解理缺陷逐步消失,表面粗糙度Ra由水磨后的70 nm降至24 nm。该研究为易解理晶体的精研磨提供有益参考。

关键词：氧化镓晶体研磨研磨液晶体解理

基于纳米压痕的氧化镓晶体断裂韧度检测方法研究

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人工晶体学报 2020年第6期49卷 1064-1070页

作者：张杰群周海徐亚萌李永康沈军州盐城工学院机械工程学院盐城224051

为了快捷、精准测量脆性易解理氧化镓晶体的断裂韧度,为氧化镓精密加工提供理论依据。采用G200纳米压痕仪对氧化镓晶体进行纳米压痕试验,通过扫描电子显微镜分析压痕形貌,分别采用纳米压痕法、能量法两种方法计算断裂韧度。纳米压痕法测... 详细信息

为了快捷、精准测量脆性易解理氧化镓晶体的断裂韧度,为氧化镓精密加工提供理论依据。采用G200纳米压痕仪对氧化镓晶体进行纳米压痕试验,通过扫描电子显微镜分析压痕形貌,分别采用纳米压痕法、能量法两种方法计算断裂韧度。纳米压痕法测得(010)面氧化镓晶体的断裂韧度为0.769 MPa·m1/2;能量法测得其断裂韧度为0.782 MPa·m1/2。与传统的断裂韧度检测方法相比,基于纳米压痕仪的压痕法和能量法能够微损伤快速检测脆性材料的断裂韧度。能量法是更精准、更便捷的纳米级断裂韧度检测方法。

关键词：氧化镓晶体纳米压痕断裂韧度

晶面及液体环境对氧化镓研磨过程摩擦学特性的影响研究

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表面技术 2021年第5期50卷 192-197页

作者：冯伟周海黄传锦徐晓明徐彤彤夏斯伟赵雪雅卢文壮盐城工学院机械工程学院江苏盐城224051 南京航空航天大学江苏省精密与微细制造技术重点实验室南京210016

目的探讨具有各向异性的氧化镓晶片不同晶面的研磨加工差异。方法通过化学气相沉积法制备了高质量的自支撑金刚石厚膜,采用扫描电镜及拉曼光谱对其进行表征,将其作为摩擦副材料,在三种不同液体环境下研磨β-Ga_(2)2O_(3)晶片的(100)晶面... 详细信息

目的探讨具有各向异性的氧化镓晶片不同晶面的研磨加工差异。方法通过化学气相沉积法制备了高质量的自支撑金刚石厚膜,采用扫描电镜及拉曼光谱对其进行表征,将其作为摩擦副材料,在三种不同液体环境下研磨β-Ga_(2)2O_(3)晶片的(100)晶面及(010)晶面,比较摩擦学特性的差别。借助三维扫描系统、扫描电镜及EDS能谱,观察与分析了加工后的氧化镓及自支撑金刚石厚膜的表面形貌、成分及磨损机理。结果 (100)晶面及(010)晶面在去离子水环境中的摩擦系数最大,而当液体环境为乙二醇及三乙醇胺溶液时,研磨过程中形成了很薄的化学反应膜,减少了犁沟效应,摩擦系数较小。且在液体环境为三乙醇胺时,加工后氧化镓晶片的(100)晶面及(010)晶面的粗糙度最小。研磨加工后,(010)晶面比(100)晶面的表面粗糙度(Ra)小。结论 (010)晶面与(100)晶面在不同液体环境下研磨加工存在一定的差异性,(010)晶面比(100)晶面更易获得较好的表面质量。加工过程中,磨损机理为先产生二体磨损,一段时间后再形成三体磨粒磨损。

关键词：氧化镓晶体晶面研磨自支撑金刚石厚膜摩擦系数