單晶MgO基片研磨工藝及其損傷研究.pdf

1、單晶MgO具有超高的耐溫性，其透光率、熱導(dǎo)率、電絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度等方面性能優(yōu)異。因其介電常數(shù)低(ε=9.6)，高頻時(shí)介電損耗率低，與YCBO超導(dǎo)薄膜熱膨脹率相近且晶格匹配較好，被廣泛用作高溫超導(dǎo)薄膜的基片材料。同時(shí)也是一種重要的光學(xué)材料。無(wú)論是作為薄膜制備的基片，還是用作窗口材料、光學(xué)鏡片等，都要求單晶MgO基片的純度達(dá)到99.9％以上，且具有超光滑無(wú)損傷的表面。以HTS薄膜的外延生長(zhǎng)為例，基片的表面質(zhì)量(如表面的粗糙度、平

2、整度、微觀結(jié)構(gòu)、表面應(yīng)力、損傷和缺陷、物理化學(xué)吸附及雜質(zhì)污染等)和基片材料的性能一樣重要，是影響薄膜性能的主要方面。因此對(duì)單晶MgO光滑表面加工技術(shù)進(jìn)行研究具有重要意義。 機(jī)械研磨工藝是傳統(tǒng)的晶體加工工藝，也是單晶MgO基片最常用的加工方法。但目前對(duì)單晶MgO研磨加工工藝的研究很少，存在很多如加工質(zhì)量、加工效率等問(wèn)題，限制了單晶MgO的應(yīng)用。因此，深入研究單晶MgO基片高效低損傷研磨工藝以獲得高質(zhì)量加工表面，對(duì)于擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域并

3、降低生產(chǎn)成本有重要意義。 任何加工方法均會(huì)引入表面/亞表面損傷，損傷的存在嚴(yán)重影響基片的表面完整性，最大損傷深度決定了后道加工工序的去除量。目前還沒(méi)有人對(duì)單晶MgO基片表面/亞表面損傷的檢測(cè)方法及損傷規(guī)律進(jìn)行研究。 針對(duì)以上問(wèn)題，本文首先進(jìn)行了單晶MgO基片研磨工藝實(shí)驗(yàn)，研究了磨料粒度、研磨壓力、研磨速度等工藝參數(shù)對(duì)單晶MgO基片研磨效果的影響，分析了基片表面粗糙度、材料去除率及表面損傷與加工參數(shù)的關(guān)系，得出了影響研磨質(zhì)

4、量及效率的主要因素并據(jù)此建立了能夠穩(wěn)定進(jìn)行小批量單晶MgO基片生產(chǎn)的研磨工藝規(guī)程。另外對(duì)不同方法或條件加工單晶MgO基片的表面/亞表面損傷進(jìn)行了研究。用掃描電子顯微鏡(SEM)、光學(xué)顯微鏡及三維表面輪廓儀檢測(cè)基片的表面形貌，應(yīng)用截面顯微法及逐層腐蝕法分析單晶MgO基片的亞表面損傷，得到了不同工藝和條件加工的單晶MgO基片亞表面損傷的構(gòu)成特點(diǎn)及損傷深度，研究了表面損傷的形成規(guī)律，為研磨加工工藝參數(shù)的合理選擇及后道拋光加工的進(jìn)行提供了參考依