CZT的定向切割与研抛实用

会计学1CZT的定向切割与研抛实用碲锌镉的晶体结构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。第1页/共33页外延衬底材料如：MCT探测器的外延衬底CZT的用途探测器材料如：X射线、γ

射线探测器第2页/共33页

CZT的用途第3页/共33页晶锭到晶片定向切割研抛第4页/共33页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，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。第5页/共33页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，平行度要求达到小于1.5um/cm.第6页/共33页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第7页/共33页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XYZ轴角各晶轴之间的夹角

＝YZ；＝XZ；＝XY轴率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,,第8页/共33页晶体定向的原则1应当符合晶体所固有的对称性2尽可能使===90,a=b=c第9页/共33页晶体定向方法1光学法(光相法、锥光图法）2劳埃定向法3X射线衍射法第10页/共33页X射线的产生实验室中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。第11页/共33页X射线的反射定律布拉格定律

nλ=2dsinθ

λ:波长

d:晶间距

θ:光子入射角

第12页/共33页利用X射线单晶定向仪来定向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2θ位置上，使手摇转轴固定在上述柱面的θ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2θ角位置均未发现反射信号，则可适当调整θ角；若发现反射信号，但强度很弱也可适当微调θ角，（2θ严格不动）一直调到最强为止。第13页/共33页CZT的(211)面第14页/共33页硒化镉晶体定向切割方法根据硒化镉(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。第15页/共33页第16页/共33页晶体的切割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。第17页/共33页晶片的研磨与抛光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。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。第18页/共33页机械研磨用粒度为10μm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。第19页/共33页机械抛光用粒度为0.5μm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65~70rpm，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。第20页/共33页化学抛光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。第21页/共33页a、研磨后晶片表面存有细划痕；b、机械抛光后晶片表面仍存有微划痕；c、化学抛光后晶片表面光亮无痕

第22页/共33页研磨参数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第23页/共33页磨料种类的影响选用三种磨料，分别为金刚石、碳化硅和氧化铝第24页/共33页第25页/共33页磨料粒度的影响选择三种磨粒粒度，分别为W10、W5、W2.5第26页/共33页第27页/共33页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。第28页/共33页

第29页/共33页主轴转数的影响第30页/共33页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