蓝宝石晶片纳米级超光滑表面加工技术研究

蓝宝石晶片纳米级超光滑表面加工技术研究

袁鹰

袁鹰

重庆四联特种装备材料有限公司重庆400707

摘要：蓝宝石本身属于氧化物的多功能晶体，其具备特有的理化性能与光学特性。近些年以来，蓝宝石晶片正在被全面运用于多种多样的领域，例如光电子与其他有关领域。蓝宝石晶体可以被用作衬底片的首选材料，同时还能用来制造二极管等，这是由于此类宝石晶片含有氮化镓。通过运用全方位的表层加工技术，可以确保蓝宝石晶片符合超光滑的纳米级加工度，进而显著优化了蓝宝石晶片具备的综合性能。

关键词：蓝宝石晶片；纳米级；超光滑；表面加工技术

针对蓝宝石晶片具体在加工时，通常来讲都会用到机械抛光、塑性磨削或者其他加工措施。对于光电子的特殊领域而言，加工蓝宝石晶片的要点在于制作出超光滑并且具备纳米级特性的蓝宝石材质，针对上述的加工流程需要用到刚性较高的磨床。除此以外，表面加工还需配备专门性的蓝宝石抛光液，在此前提下杜绝蓝宝石遭受的表层损伤并且保障了整个加工流程的稳定性。因此可见，表面加工技术包含多层次的加工技术要素，对于其中涉及到的各项加工技术都要着眼于综合加以运用。

一、对于蓝宝石晶片进行表面加工的基本技术原理

从基本特征来讲，蓝宝石具备特有的化学属性与光学属性，其本身构成了氧化物晶体中的典型。近些年以来，针对光通讯领域更多运用了蓝宝石的特殊晶体，同时还能用来制造衬底片或者发光的二极管。除此以外，蓝宝石还可用作激光介质，或者用于制成偏振片、无源器件、超导的高温薄膜或者其他物质。在现阶段的国防领域中，对于新型的红外军用潜艇、军用卫星导弹或者其他军用装置都可选择蓝宝石晶片作为其中必要的强激光与高功率材质。

因此可见，针对光通讯领域以及光电子领域运用的蓝宝石晶片都要经过妥善加工，进而显著优化了蓝宝石能够达到的质量。在目前的现状下，加工蓝宝石的基本指标在于保证其符合特定的表层光滑度，同时还需彻底杜绝表层损伤。对于蓝宝石晶片来讲，超光滑表面具备1纳米以内的粗糙度，而无损伤的晶体表面指的是保持完整的表面晶格并且避免加工变质。蓝宝石材料由于具备较大的脆性与较高硬度，因此在客观上显著增大了宝石加工的难度，对其如果要施行无损伤的制备技术那么还需运用复杂度更高的宝石加工方式。

在传统的蓝宝石加工领域中，光学玻璃技术构成了其中最为关键的宝石加工技术。但从现状来看，如果要加工出优质的超光滑晶片，那么仅凭上述技术通常而言很难符合最优的宝石加工质量。在此前提下，技术人员通过研发得出纳米级的宝石研磨技术、塑性磨削晶片的技术、浮法的机械抛光与其他技术方式。相比于其他宝石加工手段而言，化学机械抛光与塑性磨削构成了典型性较强的一类技术手段，通过运用此类方式应当能够加工出超光滑并且不带有表层损伤的蓝宝石晶片材质。

二、表面加工技术的具体种类

一般来讲，蓝宝石本身具备较大脆性与较大硬度的显著特征，因此在客观上显著增大了制备无损伤宝石表面的难度。与此同时，蓝宝石晶体具备复杂度较高的内部结构，而与之相应的加工流程也涉及到理化领域、超精密加工、机械制造与其他有关领域，其体现为学科交叉的典型特征。在目前的现状下，蓝宝石元件已经被适用于当前现有的军事领域以及航天领域等，因此技术人员亟待探求适用于加工纳米级超光滑蓝宝石晶片的技术举措，具体而言涉及到如下加工措施：

（一）运用化学机械抛光的表面加工技术

抛光加工技术通常能够适用于各类晶体材料，其中典型性的抛光技术包含化学抛光、机械抛光、激光束与离子束抛光手段。然而不应忽视，针对化学机械抛光运用的上述各类技术都体现为各自的弊病与优势，具体在适用各类加工手段时有必要灵活予以选择。

具体来讲，如果选择了机械抛光那么很难将其精确至1纳米以内的表层粗糙度，但是有助于保证全局平面化的实现。与之相比，化学抛光手段一般而言都无法实现全方位的平面化，然而其可以精确至1纳米的限度内。从现状来看，关于激光束或者离子束的宝石表面抛光方式尚未真正达到成熟，对其有待加以长期性的转型与改进。

（二）运用塑性磨削的表面加工技术

由于蓝宝石属于脆性的特殊晶体，其本身具备较高的晶体硬度，因此如果要对其施以相应的磨削处理，那么将会留下深度较大的裂纹。同时，针对蓝宝石表层如果运用抛光与研磨相结合的宝石表层加工手段，则还会耗费相对较高的加工经费并且浪费时间。因此相比而言，对于此类蓝宝石最好选择塑性磨削的方式，在此前提下着眼于保障其符合较低去除量以及较浅损伤层的基本特征。塑性磨削应当设置特定的切削深度，同时还需配备特定规格的砂轮等相关设施。

塑性磨削涉及到的具体参数应当包含磨削深度、动态性的砂轮刀刃数、磨削常数、工件进给的速度、砂轮的当量直径与其他参数。具体在进行磨削操作时，对于晶片以及抛光垫应当确保其形成薄厚适中的抛光液薄膜，确保其能够符合压力传输与微粒传输的综合性能。在此前提下，蓝宝石晶片与抛光液还可能出现特定的化学反应，从而将其转变成可溶性的化学物质。通过运用上述的改进方式，就可以完成全方位的抛光片平面化处理。

三、归纳技术结论

在当前现有的各类宝石加工方式中，塑性磨削技术本身具备更优的综合技术效能。这是由于，运用塑性磨削有助于杜绝较多的晶片表层去除量并且降低损伤层原有的厚度，在此前提下得出纳米级光滑度的表层宝石晶片。因此如果选择了塑性磨削，则有必要为其配备刚度良好的超精密磨床，同时还需因地制宜控制现有的砂轮进给量、砂轮线速度与金刚石粒度等要素。

与此同时，加工与制造蓝宝石晶片还应当配备特定的胶体抛光液，其中典型的抛光液为二氧化硅胶体。在加入适量抛光液的前提下，就能保障表层的蓝宝石晶体具备完整的晶格与无损伤的特性。对于蓝宝石如果将其用作表面衬底，那么有必要控制其中的翘曲度、晶体平面度与其他相关性能。因此经过分析可知，针对化学机械抛光应当设置必要的浓度参数、粒子直径参数、压力与酸碱值等各项参数。具体来讲，对于上述的有关参数分别应当设置为11的酸碱值、200Pa的压力、7毫米的二氧化硅粒子直径与3%的抛光液浓度。

结束语

经过综合分析，可以得知在加工蓝宝石晶片的全过程操作中，一般而言都需用到多种多样的加工仪器。在传统模式下，加工蓝宝石晶片通常都会用到光学玻璃的加工方式。但是实质上，上述加工模式很难真正适应当前的微电子以及光电子领域。因此为了加工出超光滑、无损伤层并且品质优良的蓝宝石晶片，则有必要致力于全面探析纳米级的表面加工新措施，在此基础上显著优化了蓝宝石晶片能够达到的综合性能。

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