一种适用于碲镉汞外延薄膜表面的抛光夹具的制作方法

1.本发明涉及一种适用于碲镉汞外延薄膜表面平坦化的抛光夹具，属于光电材料技术领域。


背景技术：

2.碲镉汞(hg
1-x
cd
x
te)材料是具有直接带隙的化合物材料，其禁带宽度可随组分x的变化在0～1.6ev范围内连续调节，可实现对整个红外波段的探测，是目前红外探测器研制的首选材料，在精确制导、空间遥感、导弹预警及航天领域等方面有着重要的应用。
3.液相外延法是目前应用较广的一种生长碲镉汞薄膜材料的方法，然而液相外延生长的碲镉汞薄膜表面存在固有生长缺陷，如宏观波纹、台阶等，严重影响了外延薄膜材料表面的平整度和粗糙度。
4.有研究表明，碲镉汞材料表面平整度会影响光学信号在器件上的传输特性，进而影响器件的响应率和光学串音。材料表面粗糙度会影响器件的表面漏电流和光学信号的传输特性，同时碲镉汞外延材料表面粗糙度、平整度也会影响器件工艺的均匀性及稳定性控制，如钝化层稳定性、电极孔刻蚀的均匀性控制等，因而碲镉汞外延薄膜表面后续平坦化工艺对其表面质量的改善至关重要。
5.由于碲镉汞薄膜硬度比较小，平坦化工艺极易在其表面引入损伤，这些损伤会直接降低器件性能，同时碲镉汞外延薄膜厚度通常只有几微米到十几微米，因而对如此薄的外延材料进行平坦化且不引入损伤，这对平坦化工艺提出了很高的要求。实现碲镉汞薄膜表面平坦化有多种方法，常见方法为将材料粘接于玻璃基底上，采用真空吸附的方法夹持玻璃基底，进行材料抛光。由于抛光过程中，抛光盘转动造成的离心力使材料表面抛光液分布不均匀，影响碲镉汞薄膜表面抛光均匀性控制，进而影响材料表面平整度和粗糙度，而且材料抛光后去蜡清洗还会带来材料表面二次损伤。


技术实现要素：

6.为了克服上述的影响碲镉汞薄膜表面抛光均匀性控制的技术问题，本发明的目的在于提供一种针对液相外延碲镉汞薄膜表面平坦化的无蜡化学机械抛光用夹具，具体提供一种对液相外延碲镉汞薄膜进行表面精密抛光的技术方案。
7.本发明技术方案为：
8.一种碲镉汞材料表面无蜡抛光夹具，该抛光夹具为圆柱形，其夹具径高比小于1。夹具包括置片块和配重块；所述置片块和配重块用螺纹连接，置片块上表面中心位置设置有片槽，该片槽利用设置的凹陷区域形成，用于放置抛光材料；置片块上表面的片槽四周设置有弧形槽。
9.所述片槽呈正四边形，四边形的四条边中心位置和四个角开弧形槽，弧形槽向外开槽至置片块圆形边缘，弧形槽的方向为顺时针方向；弧形槽的槽深与片槽的深度相同，其中一条弧形槽的槽深大于片槽的深度，该弧形槽即取片槽。对抛光材料进行表面抛光时，材
料在抛光垫上做圆周运动和摆动运动，本发明的抛光夹具设计使材料表面抛光液的补充和出液达到动态平衡，实现材料表面均匀抛光，保证了抛光均匀性控制。
10.所述弧形槽的宽度与取片槽的宽度相同，取片槽的宽度大于所使用的取片工具的宽度；取片槽长度延伸至置片块中心放置抛光材料的区域，取片工具经由取片槽施力于抛光材料下表面，使抛光材料克服液体表面张力，脱离夹具置片区域，取出材料，解决了取片容易产生的材料损伤问题。
11.优选的，所述置片块材质为聚四氟乙烯，聚四氟乙烯具有耐腐蚀的化学特性和较好的可塑性。
12.优选的，所述配重块材质为不锈钢材质，可以保证需要的抛光压力。
13.本发明的工作原理：
14.本发明在抛光过程中利用液体的表面张力吸附材料于片槽内进行抛光，抛光夹具合适的径高比以及表面弧形槽设计使材料表面抛光液的补充和出液达到动态平衡，实现材料表面均匀抛光。取片槽方便取片工具克服液体的表面张力，能够轻松取片，解决了取片操作不当造成材料损伤问题。本发明在碲镉汞表面平坦化过程中最大程度均匀材料表面抛光液，使碲镉汞表面抛光均匀性得到有效控制。
15.本发明的有益效果：
16.抛光夹具设计可以改善材料表面由于离心力作用造成的抛光液分布不均匀，使材料表面抛光液的补充和出液达到动态平衡，实现材料表面均匀抛光。夹具的取片槽设计方便取片工具克服液体的表面张力，轻松取片，解决了取片操作不当造成材料损伤问题。
附图说明
17.图1为本发明的适用于碲镉汞外延薄膜表面平坦化的抛光夹具的结构示意图；
18.其中，1-置片块；2-配重块；3-片槽；4-弧形槽；5-取片槽；6-连接螺纹。
19.图2和图3分别为未使用本发明的抛光夹具及使用本发明的抛光夹具的外延薄膜表面抛光后的效果对比图(激光共聚焦仪测试材料表面形貌)；
20.其中：抛光材料晶片20
×
25mm2，抛光后其表面粗糙度小于1nm(450
×
450μm2，轮廓仪测试)、平整度小于1.5μm(20
×
25mm2，激光干涉仪测试)。
具体实施方式
21.如图1所示，本发明抛光夹具为圆柱形，其夹具径高比小于1。包括置片块1、配重块2；置片块1与配重块2用螺纹连接，置片块1上表面中心位置设置有片槽3，该片槽3利用在置片块1上表面中心位置设置的凹陷区域形成，用于放置抛光材料；置片块1上表面的片槽3四周设置有弧形槽4。
22.所述片槽3呈正四边形，四边形的四条边中心位置和四个角开弧形槽4，弧形槽4向外开槽至置片块1的圆形边缘，弧形槽4的向心弧的方向为顺时针方向，抛光时弧形槽的方向与抛光磨料运动方向一致。弧形槽4的槽深与片槽3的深度相同。对抛光材料进行表面抛光时，材料在抛光垫上做圆周运动和摆动运动，本发明的抛光夹具设计使材料表面抛光液的补充和出液达到动态平衡，实现材料表面均匀抛光，保证了抛光均匀性控制。
23.所述弧形槽4的宽度与取片槽5的宽度相同，取片槽5的槽深大于片槽3的深度，其
槽宽大于所使用的取片工具的宽度，取片槽5的长度延伸至置片块1中心放置抛光材料的区域既片槽3的区域，取片工具经由取片槽5施力于抛光材料下表面，使抛光材料克服液体表面张力，脱离夹具的片槽3区域，取出材料，解决了取片容易产生的材料损伤问题。
24.优选的，所述置片块1材质为聚四氟乙烯，聚四氟乙烯具有耐腐蚀的化学特性和较好的可塑性。
25.实施例
26.根据本发明的实施例，提供了一种适用于碲镉汞外延薄膜表面平坦化的无蜡抛光夹具，图1为本发明一种适用于碲镉汞外延薄膜表面平坦化的无蜡抛光夹具的结构示意图，本发明的抛光夹具的径高比不大于1，保证抛光时，驱动环带动抛光夹具均匀转动。所述置片块1的上表面平整度不大于8μm，置片块1的中心区域设计形成凹陷的片槽3，用于放置抛光材料，凹陷区域的平整度不大于10μm，保证抛光材料抛光表面的平整度。凹陷区域即片槽3的面积稍大于抛光材料的平面尺寸，但不会导致抛光时抛光材料在夹具凹陷区域内产生水平移动。凹陷区域的高度小于抛光材料的厚度，优选的，凹陷区域高度与抛光材料厚度差小于50μm，避免抛光材料过多压入抛光垫，增加抛光材料与抛光垫的摩擦力，造成抛光材料表面不均匀抛光。抛光时，材料利用液体表面张力作用，吸附在抛光夹具的凹陷区域内，不会脱离，方便抛光。
27.具体的，所述置片块1的凹陷区域为正四边形，四边形的四条边中心位置和四个角开槽，即弧形槽4，开槽至置片块1的圆形边缘，共设8条弧形槽；其中一条弧形槽的槽深大于置片块中心凹陷区域高度，该弧形槽即取片槽5；弧形槽4的的向心弧的方向为顺时针方向，弧形槽方向与抛光时抛光磨料运动方向一致。
28.弧形槽4的内弧和外弧的曲率半径分别不大于12mm和15mm，其槽深同置片块1中心凹陷区域的高度。抛光材料表面时，材料在抛光垫上做圆周运动和摆动运动，抛光夹具设计使材料表面抛光液的补充和出液达到动态平衡，实现材料表面均匀抛光，保证了抛光均匀性。
29.具体的，所述置片块1中心凹陷区域为正四边形，夹具弧形槽4的宽度与取片槽5的宽度相同，其槽宽大于取片工具的宽度，取片槽5的槽深大于置片块1凹陷区域的深度，取片槽5的长度延伸至置片块1中心放置抛光材料区域，取片工具经由取片槽施力于材料下表面，使材料克服液体表面张力，脱离夹具置片区域，取出材料，解决了取片容易产生的材料损伤问题。
30.具体的，所示置片块1材质为聚四氟乙烯，聚四氟乙烯具有耐腐蚀的化学特性和较好的可塑性。
31.具体的，所示配重块2材质为不锈钢材质，可以保证需要的抛光压力。
32.本实施例的有益效果如下：
33.通过提供一种材料表面无蜡抛光夹具，解决了碲镉汞薄膜材料精密抛光过程中材料表面抛光均匀性难以控制和取片损伤材料问题。抛光中利用液体的表面张力吸附材料于片槽内进行抛光，抛光夹具合适的径高比以及表面弧形槽设计使材料表面抛光液的补充和出液达到动态平衡，实现材料表面均匀抛光。夹具的取片槽设计克服液体的表面张力，轻松取片，解决了取片操作不当造成材料损伤问题。此夹具设计可以在抛光过程中最大程度地均匀抛光液，使碲镉汞表面平坦化过程实现了抛光均匀性控制。
34.以上显示和描述了本发明主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。