本发明专利技术公开了一种深紫外线电催化辅助磁流变弹性体平整装置及方法。所述抛光装置包括抛光盘、第一驱动机构；所述抛光盘上方设有磁流变弹性体抛光机构和喷嘴；所述抛光盘上表面开设有多个光源槽，该光源槽内设有深紫外线光源，在深紫外线光源上方设有氧化镓晶体夹持机构；所述喷嘴设置在夹持机构的侧上方；所述磁流变弹性体抛光机构包括工具轴和抛光工具头、以及第二驱动机构；所述工具轴通过导线和电刷与所述抛光盘连接。通过本发明专利技术的抛光装置对氧化镓晶片实施高效、超光滑、无损抛光，可以获得亚纳米级粗糙度的无损表面。亚纳米级粗糙度的无损表面。亚纳米级粗糙度的无损表面。
【技术实现步骤摘要】
一种深紫外线电催化辅助磁流变弹性体平整装置及方法
[0001]本专利技术涉及一种氧化镓晶体深紫外线电催化辅助磁流变弹性体平整装置及方法，属于半导体材料超精密加工
技术介绍
[0002]随着半导体照明、大功率电力电子器件、激光器和探测器等领域的应用需求的发展，以氧化镓(Ga2O3)为代表的第四代超宽禁带半导体材料受到广泛的关注。
[0003]一般来说，超光滑无损表面是提高半导体器件性能的必备条件，而合格的氧化镓晶片须经历切片、减薄(研磨)、平整抛光等工序，其中最后平整抛光是提高表面平整度、降低表面粗糙度及损伤层，使晶片达到超光滑无损镜面状态的关键工艺制程，是制备优质半导体器件的基础。然而，氧化镓材料硬度高，脆性大，特别是晶面易滑移呈现层状剥离，极易在亚表层诱发晶格损伤，给抛光带来巨大挑战，导致现有工艺很难满足高效优质低成本的生产需求，成为制约其应用推广的制造瓶颈。
[0004]目前，获得氧化镓晶体超光滑无损表面的主要工艺形式仍然是基于化学作用和机械作用协同去除的传统化学机械抛光，针对氧化镓晶体抛光的研究重点集中于抛光液的研究。如中国专利技术专利公告号CN 105038608A公开了一种适合氧化镓衬底基片抛光的专用抛光液以及该抛光液的制备方法。中国专利技术专利公告号CN 2015105751190.4公开了一种氧化镓晶片抗解理抛光液及其制备方法。
[0005]虽然化学机械抛光可有效降低表面粗糙度，但存在磨料分布不稳定，需要法向加压，极易在氧化镓材料亚表层诱发晶格缺陷，削弱器件性能，导致加工质量难以稳定控制，良品率低，制程时间长，生产效率低等问题。因此，现有化学机械抛光技术还不能完全满足氧化镓器件生产需求。
技术实现思路
[0006]为了克服以法向加压为主实施抛光的现有技术不足，本专利技术旨在提供一种深紫外线电催化辅助磁流变弹性体平整装置及方法，通过使氧化镓晶片浅表层改性，生成硬度相对较低、更加容易去除的软化层，利用电磁场作用调整磁流变弹性体柔度，以剪切作用去除软化层，对氧化镓晶片实施高效、超光滑、无损抛光，获得亚纳米级粗糙度的无损表面。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0008]一种深紫外线电催化辅助磁流变弹性体平整装置，包括抛光盘、驱动抛光盘转动的第一驱动机构；其结构特点是，所述抛光盘上方设有磁流变弹性体抛光机构和喷嘴；
[0009]所述抛光盘上表面开设有多个光源槽，该光源槽内设有深紫外线光源，在深紫外线光源上方设有氧化镓晶体夹持机构，便于深紫外线光源照射夹持固定在抛光盘上的氧化镓晶体，且在光源槽内设有位于夹持机构与深紫外线光源之间的透明隔板；
[0010]所述喷嘴设置在夹持机构的侧上方，用于向氧化镓晶体喷淋深紫外线电催化化学抛光液；
[0011]所述磁流变弹性体抛光机构包括工具轴和装在工具轴上的可移动的抛光工具头、以及驱动抛光工具头转动的第二驱动机构；所述工具轴通过导线和电刷与所述抛光盘连接；
[0012]所述磁流变弹性体抛光工具头包括导磁芯和套装在导磁芯上的线圈，所述导磁芯底部装有附着盘和连接在附着盘上的磁流变弹性体。
[0013]根据本专利技术的实施例，还可以对本专利技术作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：
[0014]在其中一个优选的实施例中，为了便于及时回收深紫外线电催化化学抛光液，所述抛光盘上表面开设有回收槽，用于回收深紫外线电催化化学抛光液。
[0015]在其中一个优选的实施例中，所述深紫外线光源为波长小于260nm的深紫外线光源。
[0016]在其中一个优选的实施例中，所述磁流变弹性体主要由高分子聚合物基材、磁性颗粒、微粉磨料制备而成，其中高分子聚合物基材质量百分比不低于50％，磁性颗粒不超过40％，微粉磨料不超过10％；优选所述微粉磨料为硅胶，所述磁性颗粒优选为钴铁粉、羰基铁粉或纯铁粉，所述高分子聚合物基材优选为热塑性橡胶、硅橡胶、天然橡胶或合成橡胶。
[0017]在其中一个优选的实施例中，所述附着盘和/或所述导磁芯由导磁材料制成，优选导磁材料纯铁或坡莫合金。
[0018]在其中一个优选的实施例中，所述深紫外线电催化化学抛光液主要由俘获剂、去离子水和碱性添加剂构成，其中去离子水质量百分比不低于94％，俘获剂质量百分比不超过3％，碱性添加剂质量百分比不超过3％；优选所述俘获剂为K2SO4；优选所述碱性添加剂为氢氧化钠或氢氧化钾。
[0019]在其中一个优选的实施例中，为了方便调整抛光工具头的位置，所述工具轴安装在由水平导轨和竖直导轨构成的二维移动轨上。
[0020]基于同一个专利技术构思，本专利技术还提供了一种利用所述的磁流变弹性体平整抛光装置对氧化镓晶体进行抛光的方法，其包括如下步骤：
[0021]S1、通过夹具将氧化镓晶体装夹于抛光盘上，通过第一驱动机构驱动抛光盘和氧化镓晶体一同旋转；
[0022]S2、开启喷嘴，向氧化镓晶体表面喷洒深紫外线电催化化学抛光液；
[0023]S3、调整线圈的电流来调整磁场强度，改变磁流变弹性抛光工具头柔度；
[0024]S4、通过第二驱动机构驱动抛光工具头随工具轴一同旋转；
[0025]S5、调整抛光工具头的位置，直至抛光工具头与氧化镓晶体上表面接触；
[0026]S6、旋转磁场在工具轴、抛光工具头、氧化镓晶体、抛光盘、导线构成的回路中感生电势；
[0027]S7、开启深紫外线光源，发出深紫外线，透过透明隔板从氧化镓晶体下方对氧化镓晶体表面进行照射，借助氧化镓晶体深紫外线电催化效应使氧化镓晶体的表层改性形成更易去除的软化层；
[0028]S8、调整抛光工具头的位置将氧化镓晶体经深紫外线照射后形成的软化层剪切去除，对氧化镓晶体实施抛光。
[0029]以下对本专利技术做进一步的介绍。
[0030]本专利技术的氧化镓晶体深紫外线催化辅助磁流变弹性体平整抛光装置包括：主轴、固定于主轴上的抛光盘、齿轮箱、主轴电机、布置于抛光盘内部位于工件底部的深紫外线光源、工具轴、安装于工具轴上的磁流变弹性体抛光工具头、安装工具轴的竖直导轨和水平导轨、工具轴电机、喷嘴和导线等。
[0031]所述抛光盘使用导电材料制作，其上开设光源槽和抛光液回收槽，光源槽上方覆盖钢化玻璃，防止抛光液流入光源槽内并利于深紫外线透过照射氧化镓晶体，钢化玻璃上设有夹具，所述夹具可夹持氧化镓晶体；所述深紫外线光源置于抛光盘光源槽内；所述主轴安装在抛光盘下方，通过齿轮箱与主轴电机联结，用于驱动抛光盘；磁流变弹性体抛光工具头置于抛光盘右侧氧化镓晶体正上方，安装于工具轴下方；所述工具轴上方安装工具轴电机用于驱动磁流变弹性抛光工具头旋转；所述磁流变弹性体抛光工具头、工具轴和工具轴电机整体安装于水平导轨和竖直导轨上，可以在水平方向和竖直方向移动；所述喷嘴置于抛光槽左侧供给深紫外线电催化化学抛光液；所述导线通过电刷将主轴和抛光盘连接。
[0032]本专利技术的第一驱动机构包括主轴电机12、通过齿轮箱11与主轴电机12本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种深紫外线电催化辅助磁流变弹性体平整装置，包括抛光盘（9）、驱动抛光盘（9）转动的第一驱动机构；其特征在于，所述抛光盘（9）上方设有磁流变弹性体抛光机构和喷嘴（15）；所述抛光盘（9）上表面开设有多个光源槽（17），该光源槽（17）内设有深紫外线光源（1），在深紫外线光源（1）上方设有氧化镓晶体（13）夹持机构，便于深紫外线光源（1）照射夹持固定在抛光盘（9）上的氧化镓晶体（13），且在光源槽（17）内设有位于夹持机构与深紫外线光源（1）之间的透明隔板；所述喷嘴（15）设置在夹持机构的侧上方，用于向氧化镓晶体（13）喷淋深紫外线电催化化学抛光液（16）；所述磁流变弹性体抛光机构包括工具轴（2）和装在工具轴（2）上的可移动的抛光工具头（4）、以及驱动抛光工具头（4）转动的第二驱动机构；所述工具轴（2）通过导线（6）和电刷（5）与所述抛光盘（9）连接；所述磁流变弹性体抛光工具头（4）包括导磁芯（22）和套装在导磁芯（22）上的线圈（23），所述导磁芯（22）底部装有附着盘（21）和连接在附着盘（21）上的磁流变弹性体（20）。2.根据权利要求1所述的深紫外线电催化辅助磁流变弹性体平整装置，其特征在于，所述抛光盘（9）上表面开设有回收槽（18），用于回收深紫外线电催化化学抛光液（16）。3.根据权利要求1所述的深紫外线电催化辅助磁流变弹性体平整装置，其特征在于，所述深紫外线光源（1）为波长小于260nm的深紫外线光源。4.根据权利要求1所述的深紫外线电催化辅助磁流变弹性体平整装置，其特征在于，所述磁流变弹性体（20）主要由高分子聚合物基材、磁性颗粒、微粉磨料制备而成，其中高分子聚合物基材质量百分比不低于50%，磁性颗粒不超过40%，微粉磨料不超过10%；优选所述微粉磨料为硅胶，所述磁性颗粒优选为钴铁粉、羰基铁粉或纯铁粉，所述高分子聚合物基材优选为热塑性橡胶、硅橡胶、天然橡胶或合成橡胶。5.根据权利要求4所述的深紫外线电催化辅助磁流变弹性体平整装置，其特征在于，所述磁性颗粒的粒径为1~5
µ
m，和/或所述微粉磨料的粒径为0.5~1
ꢀµ
...
【专利技术属性】
技术研发人员：王永强，陈扬帆，花乐乐，黄超，唐赛，
申请(专利权)人：南华大学，
类型：发明
国别省市：
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