1、以集成電路(IC)和光電子器件制造為代表的微電子和光電子制造是電子信息產(chǎn)業(yè)的核心，也是當(dāng)今世界競(jìng)爭(zhēng)最激烈、發(fā)展最迅速的產(chǎn)業(yè)。半導(dǎo)體材料是集成電路的基礎(chǔ)，半導(dǎo)體技術(shù)的創(chuàng)新引領(lǐng)信息產(chǎn)業(yè)與光電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。單晶SiC作為第三代半導(dǎo)體材料，具有禁帶寬度寬、擊穿電場(chǎng)高、熱導(dǎo)率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強(qiáng)以及化學(xué)穩(wěn)定性良好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于耐高溫、耐高壓、抗輻照、大功率和高密度集成電力電子器件和光電子器件的襯底材料，要求具有超平坦、超光滑、無缺

2、陷和無損傷表面，加工質(zhì)量直接決定著其應(yīng)用價(jià)值的高低和器件性能的優(yōu)劣。但是由于單晶SiC基片的高硬度和高脆性，采用傳統(tǒng)機(jī)械加工方法加工效率很低，加上其較強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性，傳統(tǒng)CMP方法難以獲得理想加工表面，單晶SiC基片的超精密加工理論尚待完善。
　　本文首先研究單晶6H-SiC材料的變形行為，然后通過游離磨料的研磨、固著磨料的端面磨削及半固著磨料的集群磁流變拋光方式對(duì)單晶6H-SiC基片進(jìn)行高效超精密加工工藝研究，并通過亞表面損傷檢

3、測(cè)研究材料的去除機(jī)理和超光滑表面形成規(guī)律，實(shí)現(xiàn)單晶6H-SiC基片的高效率減薄和超光滑拋光加工。論文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　1)采用納米壓痕、納米劃痕和維氏壓痕等方式研究單晶6H-SiC材料的變形行為，結(jié)果表明單晶6H-SiC基片的碳面硬度和彈性模量均比硅面略高，硬度值遠(yuǎn)超過莫氏硬度9，彈性模量E與硬度H之比小于14，脆性斷裂指數(shù)較高;單晶6H-SiC(0001)晶面在磨粒作用下存在彈性變形、塑性變形、塑性去除、塑性/脆性

4、轉(zhuǎn)變和脆性斷裂五個(gè)階段，其轉(zhuǎn)變的近似臨界載荷分別為3.5mN、16mN、63mN和385mN。
　　2)提出了一種能有效反映單晶6H-SiC基片是否存在亞表面損傷微裂紋以及微裂紋深度，并能準(zhǔn)確判斷出無亞表面微裂紋損傷表面的快速檢測(cè)方法。通過該方法觀察了單晶6H-SiC基片加工表面的裂紋特征，分析了研磨、磨削和集群磁流變拋光加工工藝條件下的亞表面微裂紋分布規(guī)律。
　　3)建立了單晶SiC單面研磨的材料去除模型，并基于KD15B

5、X精密平面研磨機(jī)，對(duì)單晶6H-SiC基片進(jìn)行了磨料種類、磨料粒徑、研磨壓力、研磨盤轉(zhuǎn)速、研磨液流量、磨料濃度、研磨盤材質(zhì)及磨料分散性等單因素試驗(yàn)，系統(tǒng)地分析了各因素對(duì)材料去除率、工件表面粗糙度和材料去除方式之間的關(guān)系，獲得了磨料發(fā)生出現(xiàn)二體摩擦研磨運(yùn)動(dòng)和三體摩擦研磨運(yùn)動(dòng)的工藝條件。磨料發(fā)生二體摩擦研磨運(yùn)動(dòng)時(shí)主要以微切削方式去除材料，獲得的工件表面光滑有光澤，但存在少量的塑性去除、脆性去除及脆塑性去除微劃痕;而以滾壓破碎去除為主的三體摩擦

6、研磨運(yùn)動(dòng)獲得的工件表面主要為大量的脆性斷裂破碎坑，均勻無光澤。粗研磨階段，采用鑄鐵盤及4wt％濃度的W20金剛石磨料在研磨壓力4.408Psi、研磨盤轉(zhuǎn)速80r/min和研磨液流量20ml/min條件下能獲得高于20μ m/min的材料去除率，而精研磨階段，采用銅盤及W3的金剛石磨料在研磨壓力4.408Psi、研磨盤轉(zhuǎn)速80r/min和研磨液流量15ml/min條件下能獲得Ra0.024μm的均勻無劃痕表面。
　　4)采用＃325

7、金屬結(jié)合劑砂輪和＃8000陶瓷結(jié)合劑砂輪在DMG-6011V超精密端面磨床上對(duì)單晶SiC基片進(jìn)行了平面磨削工藝試驗(yàn)，分析了工藝參數(shù)對(duì)磨削表面粗糙度、表面形貌和亞表面損傷微裂紋的影響規(guī)律。磨削后的基片越靠近中心，砂輪磨粒經(jīng)過的軌跡密度越密、磨紋間距越小，所獲得的表面質(zhì)量越好，結(jié)果與理論分析一致;隨著砂輪進(jìn)給量的減小，表面粗糙度隨之變小;亞表面損傷層最大深度與其表面粗糙度Rz在數(shù)值和變化趨勢(shì)上均存在著線性比例關(guān)系。通過持續(xù)磨削試驗(yàn)，分析了磨

8、削時(shí)砂輪磨損量與材料去除量、砂輪表面形貌、最大磨削力、晶片表面質(zhì)量等關(guān)系，隨著砂輪表面磨粒的磨損，最大磨削力逐漸變大，晶片材料的脆性去除趨勢(shì)越來越明顯。最后優(yōu)化了＃325砂輪磨削工藝參數(shù)，獲得了表面粗糙度均值為Ra0.012μm，亞表面損傷層深度小于4μm且TTV小于3μm的平坦基片。
　　5)通過對(duì)磁極排布方式、磁極端面形狀及不同磁極尺寸的磁場(chǎng)特性進(jìn)行了靜磁場(chǎng)有限元分析，選取一定直徑的圓柱平底磁極進(jìn)行同向規(guī)律排布時(shí)容易形成由多個(gè)

9、獨(dú)立“微磨頭”組成的拋光膜，能實(shí)現(xiàn)工件與“微磨頭”的實(shí)際接觸面積最大化;詳細(xì)分析了集群磁流變拋光膜單個(gè)“微磨頭”運(yùn)動(dòng)過程對(duì)工件表面的動(dòng)壓力變化規(guī)律，基于Preston方程并結(jié)合工件材料屬性對(duì)材料去除的影響，建立了集群磁流變平面拋光的材料去除數(shù)學(xué)模型;建立了工件定偏心拋光、工件線性插補(bǔ)不定偏心拋光、工件X方向不定偏心拋光和Y方向不定偏心拋光時(shí)磨粒運(yùn)動(dòng)幾何學(xué)模型并通過計(jì)算機(jī)仿真分析了各因數(shù)對(duì)拋光效果的影響規(guī)律。
　　6)利用同向排布的

10、圓柱平底永磁體和環(huán)形永磁體形成柔性拋光膜，對(duì)K9玻璃、單晶Si和單晶SiC基片進(jìn)行拋光，證明了集群磁流變平面拋光加工的集群特性，并發(fā)現(xiàn)了該方法具有高效率去除加工表面高頻凸點(diǎn)的特性。通過對(duì)單晶6H-SiC基片的弧形拋光帶截面和表面形貌進(jìn)行分析，并通過拋光帶不同區(qū)域材料實(shí)際去除量與材料去除率仿真曲線進(jìn)行比較，驗(yàn)證了材料去除模型的正確性并分析了基于集群磁流變的單晶6H-SiC材料去除機(jī)理。通過ph值、磨料濃度、溶膠匹配性、拋光溫度和氧化劑等因