Диссертация (1143290), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Проведено исследование взаимодействия поверхностных акустическихволн с дефектами сапфира (трещинами и порами). Получены типичные зависимости коэффициента отражения от частоты в сапфире, когда расстояние от дефектаравно 10 см и 65 см. Метод поверхностных акустических волн позволил определить местоположение, глубину и протяженность поверхностных трещин (а такжецарапин и рисок), что может найти широкое применение для обнаружения, контроля и анализа дефектов в приповерхностном и поверхностном слое сапфира, которые практически нельзя выявить другими методами.23.
С целью уменьшения количества дефектов сапфира в приповерхностномслое проведены экспериментальные исследования обработки поверхности сапфираабразивом и исследования влияния разных инструментов и способов обработки наповерхность сапфира. Проведен анализ результатов влияния разных инструментовна поверхность сапфира, получены профили типичных шероховатостей поверхностей после шлифовки сапфира (порядка 1000 нм), после полировки сапфира (результат порядка 100 нм).24. Расчетным путем получены данные о глубине поврежденного слоя в сапфире (порядка 1 мкм при среднем радиусе абразивных частиц 3 мкм), которыеслужат основой для оптимизации процессов обработки кристаллов сапфира, выработаны рекомендации по определению свойств приповерхностных слоев сапфира,усовершенствованию качества кристалла.25.
Определена зона деформации монокристаллов сапфира (порядка 3 – 4 нм)в процессе разрушения монокристаллов единичным зерном для прогнозированияпоказателей процессов массового воздействия абразивными частицами при обработке монокристаллов сапфира. Определена глубина приповерхностного нарушенного слоя в процессе обработки кристаллов сапфира (порядка 0.1 – 23 мкм в зависимости от радиуса абразива).30326.
Проведены исследования лазерной обработки сапфира, позволяющиерассчитать температуру, напряжения и деформации в процессе лазерной обработкисапфира. Получено, что при средней мощности излучения лазера 25 Вт со скоростью лазерного луча 10 мм/с максимальная температура на поверхности составляетоколо 250 0C, что является обеспечивающим максимальный отжиг дефектов. Приданном режиме лазерной обработки сапфира максимальное термическое напряжение составляет порядка 100 МПа и деформация составляет порядка 0.16 мкм. Длямаксимального отжига дефектов (дислокации, вакансии) в приповерхностном слоесапфира исследованы процессы лазерной обработки структуры сапфира с использованием лазерной установки (LIMO 100-532/1064-U, длина волны 1064 нм).27.
Проведены расчеты лазерной обработки неорганического стекловидногодиэлектрика. Результаты исследований показали, что температура на поверхностиподложки нелинейно зависит от скорости сканирования лазерного луча. В результате расчетов определено, что при средней мощности лазерного излучения 25 Втсо скоростью лазерного луча 10 мм/с температура на поверхности составляет порядка 750 0C. Проведен расчет деформаций и термических напряжений на поверхности неорганического стекловидного диэлектрика при воздействии лазерного излучения.
Полученные результаты позволяют подобрать оптимальный режим обработки выбранного материала, уменьшить перепад высот и среднюю шероховатостьповерхности боросиликатного стекла, которое является перспективным материалом для получения спая боросиликатное стекло – сапфир для микро- и наноэлектроники. Исследованы процессы лазерной обработки поверхности неорганического стекловидного диэлектрика при различных условиях с использованием лазернойустановки (LIMO 100-532/1064-U, длина волны 532 нм).28.
Проведены исследования влияния дефектов подложки на качество пленок(Fe2O3, TiO2, Si) на ее поверхности. Проведены расчеты распределения температурв процессе лазерной обработки структуры пленки Fe2O3, применяемой как газочувствительный материал для химических сенсоров, на поверхности сапфира и пленкиTiO2, применяемой для создания солнечных элементов, на поверхности сапфира.304Определено, что при средней мощности излучения лазера 80 – 90 Вт температурана поверхности пленки Fe2O3 составляет порядка 800 – 900 К, что является необходимым условием для образования пленки на поверхности сапфира. При среднеймощности излучения лазера 70 – 80 Вт температура на поверхности пленки TiO2будет порядка 650 – 700 К, что является необходимым условием формированияпористой структуры пленки. Морфологию структуры пленок можно изменять путем варьирования мощности лазерного излучения и температуры, что в результатепозволяет перераспределить дефекты в структуре и улучшить качество пленок дляприменения в тонкопленочной оптике и микроэлектронике.
Исследованы процессы лазерной обработки структур пленка-сапфир.29. Проведены расчеты лазерной обработки структуры пленка Fe2O3 – сапфир с помощью ANSYS. Определено, что температура структуры пленка Fe2O3 –сапфир нелинейно зависит от скорости сканирования лазерного луча и линейно зависит от средней мощности излучения лазера. Показано, что при средней мощности излучения лазера 70 – 90 Вт со скоростью лазерного луча 5 – 10 мм/с температура на поверхности пленки Fe2O3 составит порядка 500 – 600 0С, что является необходимым условием для формирования пленки Fe2O3 на поверхности сапфира идля обеспечения максимального отжига дефектов (дислокаций, точечных дефектов).30. Исследованы процессы, происходящие в поглощающей жидкости при лазерном воздействии на границу ее раздела с сапфиром.
Показано, что абляция лазерным излучением твердых материалов в жидкости является методом созданияпленок оксидов металлов на сапфировой подложке, которые могут быть использованы в качестве чувствительных элементов сенсора газа.31. Проведены экспериментальные исследования лазерного отжига пленкообразующих растворов с получением пленок оксида железа (Fe2O3) и оксида титана (TiO2) на поверхности сапфира. Воздействие излучения лазера на структурупленки Fe2O3 на сапфире позволяет модифицировать ее кристаллическую структуру. В зависимости от параметров лазерного излучения можно достигать улучшения305качества поверхности пленки за счет рекристаллизации аморфных слоев. В частности, воздействие лазерного излучения мощностью порядка 90 Вт на пленку Fe 2O3приводит к получению размеров кристаллитов Fe2O3 порядка 700 нм.32.
Проведены расчеты распределения температуры в процессе лазерногоуправляемого термораскалывания сапфира. В результате исследования определено, что при средней мощности излучения лазера 80 – 90 Вт температура на поверхности структуры графит – сапфир – графит составляет порядка 600 – 700 К, что согласно экспериментальным исследованиям достаточно для термического раскалывания. При этом существенное влияние на процесс лазерной резки сапфира оказывают энергопоглощающие слои графита.33. Разработан и исследован способ лазерного управляемого термораскалывания сапфировых пластин путем направления лазерного луча от импульсноготвердотельного Nd:YAG лазера с длиной волны 1064 нм на поверхность сапфировой пластины, отличающийся тем, что осуществляется предварительное нанесениеэнергопоглощающих слоев графита на обе стороны сапфировой пластины понаправлению реза, локальный нагрев линии реза лазерным излучением с длительностью импульса 50 – 100 нс и средней мощностью 80 – 100 Вт, образование в материале сквозной разделяющей трещины.34.
Полученные результаты исследования выращивания кристаллов могутбыть использованы для улучшения эксплуатационных характеристик тепловогоузла для роста кристаллов сапфира методом ГНК.35. Проведена оптимизация технологического процесса получения подложек высокого качества из сапфира для производства интегральных схем. Показано, что задача выбора оптимальных условий получения монокристаллов сапфира должна решаться на основе методов оптимизации, а также при сочетании методов аналитического моделирования с экспериментом. Получены кристаллы сапфира с малым содержанием микрочастиц (104 см-3) и малым уровнем остаточныхнапряжений (менее 3 МПа).
Экономический эффект и уменьшение стоимости технологического процесса заключаются в повышении выхода годных кристаллов (до30610 %) и уменьшении времени технологического процесса, за счет чего сокращаетсястоимость технологического процесса получения изделий из монокристаллов сапфира.36. Разработаны технологические маршруты создания различных оксидныхпленок (толщиной до 1 мкм) на поверхности сапфира для газочувствительных интегральных датчиков. Применение лазерного излучения для получения тонкихпленок на поверхности подложки способствует повышению производительностипри изготовлении газочувствительного элемента, повышению качества окисла,воспроизводимости параметров пленки и их стабильности, отсутствию необходимости обеспечения вакуумных условий или специальной инертной атмосферы дляпредотвращения загрязнения поверхности нежелательными неконтролируемымипримесями.38.
Разработана конструкция и технология изготовления газового датчика,которая предусматривает получение тонкопленочного газочувствительного слоя наоснове диоксида титана (TiO2) на сапфировой подложке размером 20 × 20 × 0,5 мм.39. Разработана методика получения спая сапфир – стекловидный диэлектрик PbO – B2O3 – ZnO методом центрифугирования (толщина 1 мкм, коэффициентсмачивания находится в пределах допустимости, внутренние напряжения минимальны), что позволяет служить основой для создания покрытий в микроэлектронике и наноэлектронике и является промежуточным этапом при создании спаясапфир – стекловидный диэлектрик PbO – B2O3 – ZnO – керамика для защитныхпанелей. Для получения спая сапфир – стекловидных диэлектрик было выбранолегкоплавкое стекло системы PbO – B2O3 – ZnO (Тпл < 600°С), обеспечивающееполучение на его основе некристаллизующихся стекловидных пленок, обладающих хорошей адгезией к материалам подложек, согласованностью по коэффициенту линейно-термического расширения и температурам их формирования.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
