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单晶氧化镁高温超导基片CMP工艺的研究

单晶氧化镁(氧化镁)在高温下具有较好的化学稳定性、热传导性和绝缘性,在高频时具有很小的介电常数和损耗,是一种可产业化的重要的高温超导薄膜单晶基片。由于基片的加工表面质量严重地影响在其表面所生长的高温超导(High Temperature Superconductor,HTS)薄膜的性能,所以如何获得超光滑无损伤的基片表面是一个亟待解决的问题。单晶氧化镁是典型的硬脆材料,目前实际生产所采用的机械抛光工艺存在抛光效率低、加工质量不稳定、碎片率高等问题。

单晶氧化镁高温超导基片CMP工艺的研究

氧化镁

   氧化镁单晶是以高纯氧化镁为原料,在生产高纯电熔镁砂过程产出的高纯氧化镁单晶体,MgO含量在99.90%以上,体积密度大于3.5g/cm3,具有极强的耐高低温(高温2500℃,低温-270℃)抗腐蚀性、绝缘性和良好的导热性和光学性能的无色透明晶体,被广泛应用于制作铁电薄膜、磁学薄膜、光学薄膜和高温超导薄膜等,其应用领域包括:①高温超导器件生长基片(超导量子器件、CT、通讯);②高温高精度光学材料(航空、航天、激光制导、军工);③等离子显示器薄膜(平板显示器PDP、手机和电视机屏);④高温坩埚材料(中子检测、冶金行业);⑤高温绝缘材料、光学陶瓷;⑥半导体材料(底衬、传感器)等。

  河北鑫滔新材料科技有限公司在大量的CMP实验基础上,研究了影响CMP过程的主要因素(如抛光垫、抛光液、抛光压力、抛光盘转速等)对单晶氧化镁基片抛光效果的影响规律。根据单晶氧化镁基片的物理化学性质,研制了适合单晶氧化镁基片的化学机械抛光液。对抛光垫的主要特性参数进行了检测和评价。并在相同工艺参数下,使用不同的抛光垫分别对单晶氧化镁基片进行CMP实验,对比分析了不同抛光垫的作用机理及抛光效果,选择出一种适合单晶氧化镁基片CMP的抛光垫。

  河北鑫滔新材料科技有限公司通过正交实验,对CMP工艺参数进行优化,获得了较好的基片表面质量,表面粗糙度Ra值达到1.3(AFM测量结果),提高了加工效率,降低了成本。还针对CMP过程中的小尺寸基片面形难于控制的问题,研究了CMP工艺参数对单晶氧化镁基片面形的影响,对于改善基片面形精度有一定的指导意义。

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