CZT的定向切割与研抛

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1、碲 锌 镉 晶 体 的 定 向 切 割 与 研 抛 目录研究现状和研究意义1碲锌镉晶体的定向2碲锌镉晶体的切割3碲锌镉晶体的磨抛工艺4 碲锌镉的晶体结构Cd1-xZnxTe晶体属于立方晶系，面心立方点阵，43m点群，F空间群。对称元素有三个四次反演轴，四个三次轴和六个对称面。 外延衬底材料如：MCT探测器的外延衬底CZT的用途探测器材料如：X射线、 射线探测器 CZT的用途 晶锭到晶片定向切割研抛 CZT晶片的加工现状 20世纪60年代以前，半导体晶片抛光大都采用机械抛光，通过机械运动用磨料磨除晶片的凸起部分，可得到镜面表面，但表面损伤极其严重。1965年walsh提出二氧化硅溶胶和凝胶抛光后

2、，以SiO2浆料为代表的化学机械抛光工艺就逐渐代替了以上传统方法。化学机械抛光是一种用于半导体晶片抛光的成熟工艺，是已知的唯一能使平坦化后具有低斜率的整体平坦化技术。 自八十年代以来，国外科技工作者相继开始对CZT进行研究，但由于CZT材料主要用于军事行业，所以国内外对CZT材料的加工很少报道，即使有报道也是凤毛麟角。 CZT作为探测器的机械加工标准红外探测器用碲锌镉单晶材料规范GJB2652A一2004中规定：机械加工时的粗糙度为0.08-0.12um，晶面为（111）、（211）面，组成X值为0.04士0.01.但是，如果CZT作为MCT的外延衬底材料，那么要求就很高，粗糙度达到1nm以下

3、，平行度要求达到小于1.5um/cm. 为何要进行晶体定向要了解晶体的具体形态，只知道对称性是不够的晶体的具体形态取决于晶体的晶面在空间的方位，亦即晶面与对称要素之间的关系 晶体具有各向异性的特性，在不同的方位其光学、电学和其它性能都不同 何 谓 晶 体 定 向 晶 体 定 向 ： 就 是 在 晶 体 上 建 立 坐 标 系 统 ,即 选 定 坐 标 轴（ 晶 轴 ） 和 确 定 各 晶 轴 上 单 位 长 （ 轴 长 ） 之 比 （ 轴 率 ）晶 轴 交 于 晶 体 中 心 的 三 条 直 线 分 别 表 示 为 X Y Z轴 角 各 晶 轴 之 间 的 夹 角 YZ； XZ； XY轴 率

4、各 晶 轴 上 的 轴 单 位 之 比 a:b:c组 成 要 素 ：晶 体 常 数 轴 率 a:b:c和 轴 角 , , 晶体定向的原则应当符合晶体所固有的对称性尽可能使 =90, a=b=c 晶体定向方法1光学法(光相法、锥光图法）2劳埃定向法3X射线衍射法 X射线的产生v实验室中X射线由X射线管产生，X射线管是具有阴极和阳极的真空管，阴极用钨丝制成，通电后可发射热电子，阳极（就称靶极）用高熔点金属制成（一般用钨，用于晶体结构分析的X射线管还可用铁、铜、镍等材料）。用几万伏至几十万伏的高压加速电子，电子束轰击靶极，X射线从靶极发出。 X射线的反射定律 布拉格定律 n = 2dsin : 波长

5、 d : 晶间距 : 光子入射角 利用X射线单晶定向仪来定向v首先将待测晶体放到定向仪的载物台上，使计数管固定在所待测晶体（hkl）面的2位置上，使手摇转轴固定在上述柱面的角位置上，然后将晶体沿轴向360范围内徐徐转动，此时常能找到强度不等的反射信号。若360内转动，上述2角位置均未发现反射信号，则可适当调整角；若发现反射信号，但强度很弱也可适当微调角，（2严格不动）一直调到最强为止。 CZT的(211)面 硒化镉晶体定向切割方法v根据硒化镉(CdSe)晶体结构的特点,发展了一种简便、快捷、准确的定向方法。此法只需观察CdSe晶体解理面上台阶的走向，便可确定CdSe晶体的C轴方向，即解理面上台

6、阶延伸的方向为CdSe晶体的C轴方向，并采用X射线衍射法对结果进行了验证。已知C轴和某一晶面，借助激光正反射技术，可在CdSe单晶体上定向切割出任意所需的晶面。 晶体的切割v将待切割的晶体放到烤箱中加热，然后将在干燥箱中加热软化的石蜡粘结物均匀的涂在晶体上，将晶锭粘结在用石墨做成的有半圆形凹槽的长方体上，用线切割机以进刀速度0.2mm/min对晶锭进行切割，每片的厚度选为1.7mm。切割完成后整体侵入丙酮数分钟以去除粘结物，用高纯酒精清洗晶片，凉干，然后装入编号的专用晶元盒中，以备后用。 晶片的研磨与抛光v切割后的晶片表面有较深的机械刀痕，若要对晶片进行准确的光学性能测试，必须对晶片进行抛光。

7、实验中分粗磨、细抛、化学抛光三个步骤对已切割的晶片进行正反两面的加工，以获得厚度均一，表面平整、光洁的晶片。 机械研磨v用粒度为10m的金刚石粉料配制一定浓度的悬浊液，用此悬浊液作为晶片机械研磨液，研磨设备用沈阳科晶公司生产的1502型磨片机。研磨之前，先用细砂纸对晶片进行倒角，用石蜡把倒角后的晶片粘在研磨压块上。倒角有两个目的，一是为防止晶片与研磨压块粘接不牢，二是防止晶片在研磨过程中掉渣。磨片机磨盘的转速为80rpm，研磨时间为2个小时。磨去切割时产生的刀痕和机械损伤。粗磨后的晶片表面比较光整，刀痕损伤完全去除，但在光学显微镜下可以观察到金刚石磨料引起的细划痕。 机械抛光v用粒度为0.5m

8、的金刚石抛光膏作为抛光料，将其涂于裹有抛光绒布的抛光机上，研磨设备用沈阳科晶公司生长的UNIPOL-1502型抛光机。抛光机磨盘转速为6570rpm，研磨后的晶片在抛光绒布上抛光1小时。晶片抛光后，表面光亮平整，由粗磨引起的细划痕已基本去除，但表面仍有少量微痕。 化学抛光v经机械抛光以后的晶片，在光学显微镜下仍可观察到由机械损伤引起的微划痕。用2%的Br2-MeOH溶液对晶片进行化学抛光5min，然后再用去离子水清洗三次，每次3min。为防止晶片表面氧化，在氮气氛下吹干晶片。化学抛光后的晶片在显微镜下观察不到微细划痕，机械损伤层已完全除去。 a、研磨后晶片表面存有细划痕；b、机械抛光后晶片表面

9、仍存有微划痕；c、化学抛光后晶片表面光亮无痕 研磨参数Title磨料粒度磨料种类磨料压力 主轴转数研磨液流量研磨液浓度 磨料种类的影响 选用三种磨料，分别为金刚石、碳化硅和氧化铝 磨料粒度的影响选择三种磨粒粒度，分别为W10、W5、W2.5 研磨压力的影响在研究研磨压力时很多人用Preston方程进行研究。其材料去除率与研磨时的压力P成正比，与研磨速度V成正比。 MRR =KPV其中MRR为材料去除率，K为Preston系数，P为压力，V为磨盘与基片的相对旋转速度。 主轴转数的影响 最终研磨参数的选择 在选择磨料的种类时，要选择磨粒均匀，且硬度较小的磨粒即选择氧化铝加工碲锌镉晶体时效果较好;磨粒的粒度过大，虽然有较高的去除率，但对表面造成的损伤太大，容易造成崩边问题，不利于后序的加工，选择磨粒在W2.5比较适合;当研磨压力在11Kpa左右时，即可得到较高的去除率，加工后表面粗糙度也能为后序加工做好准备。主轴转数过高，研磨液在离心力的作用下被甩出，造成研磨液的浪费，而当主轴转数低时，配重块运行不平稳，试验结果表明，当主轴转数在60一80rpm时比较合适;研磨液的浓度和研磨液的流量对表面粗糙度和材料去除率的影响不大，当研磨液的配比为100g磨粒:l000ml去离子水时的浓度时最佳。