Технология химико-механического полирования монокристаллического германия

Поверхность материала является хроническим дефектом структуры, что особенно неприятно при работе с монокристаллическими изделиями, применяемыми в разнообразных областях науки и техники, обобщённо называемых сферой высоких технологий.

Интерес к высококачественным методам обработки усиливается в связи с новыми применениями известных материалов и появлением новых кристаллов. При этом требования к совершенству поверхности и геометрическим свойствам изделий также постоянно возрастают.

Этот раздел работы посвящён разработке новой (на момент подачи заявки на изобретение) технологии химико-механического полирования (ХМП) монокристаллического германия, щадяще формирующей поверхность с заданной геометрией, на основе изучения физико-химических процессов на поверхности.

ХМП можно применять для эффективного выравнивания рельефа и снятия нарушений с поверхности кристаллов очень различающихся как по электрофизическим свойствам, так и по способам получения и назначения. Проведены обширные исследования кинетических закономерностей скорости утонения и свойств поверхности монокристаллического германия от технологических режимов предварительной обработки их поверхности, типа полировальника и т.д.

Разработанная технология точной оптической обработки монокристаллического германия основана на том, что:

- на финишной стадии проводится полирование детали абразивосодержащими водными суспензиями на смоляном полировальнике с добавлением в суспензию 1-3 вес. % гипосульфита натрия, который вводят в состав суспензии периодически, через каждые 7-10 минут, в течение всего времени обработки на стадии полирования. Добавление гипосульфита натрия способствует пластификации поверхностного слоя полировальника, в результате чего уменьшается контактное нагружение на обрабатываемую поверхность со стороны абразивного зерна, благодаря чему

улучшается качество обработки;

- доводка проводится на полировальнике с эластичным покрытием, например, из искусственной замши, с добавлением в суспензию смеси оксиалкилированных аминоспиртов (2-3 вес.

Данные значения концентраций вводимых в суспензию компонентов основаны на следующих экспериментальных результатах, полученных в процессе разработки технологии.

1. В случае, когда содержание гипосульфита натрия в суспензии менее 1,0 вес. %, на обрабатываемой поверхности появляются царапины.

2. Если концентрация гипосульфита натрия в суспензии превышает 3,0 вес. %, то наблюдается так называемое растравливание обрабатываемой поверхности и быстрый износ полировальника.

3. Снижение концентрации оксиалкилированных аминоспиртов в суспензии до величины, меньшей 2,0 вес. %, приводит к образованию на обрабатываемой поверхности мелких царапин.

4. Увеличение концентрации оксиалкилированных аминоспиртов в суспензии до величины, большей 3 вес. % и аммиака более 0,3 вес. % приводит к появлению на обрабатываемой поверхности ямок травления.

Экспериментальные результаты, полученные в процессе отработки данной технологии на образцах пластин монокристаллического германия диаметром 160 мм на станках моделей ЩП 350 и 4ПД 200, сведены в таблицах 4.1 и 4.2.

Таблица 4.1 Влияние концентрации гипосульфита натрия на процесс обработки

Использование данной химико-механической технологии финишной обработки монокристаллического германия позволило обеспечить отсутствие микроцарапин на поверхности полируемых изделий (безабразивное выравнивание) и высокую геометрическую точность деталей диаметром более 50 мм при существенном увеличении производительности процесса.

Таблица 4.2 Влияние концентрации оксиалкилированных аминоспиртов и аммиака на