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α氧化铝-----蓝宝石抛光

蓝宝石单晶因为具有与半导体GaN的晶格系数失配率较小、机械强度高、价格便宜等特点,成为了目前应用最广的衬底材料之一。但你需要知道的是,由于GaN膜的无缺陷生长很大程度上依赖于蓝宝石晶片的表面加工质量,因此为了得到光洁、无晶格缺陷的表面,蓝宝石单晶在经过切片、研磨和倒角后,还需要经过“抛光”这一步骤来改善晶片粗糙度,使其表面能达到外延片磊晶级的精度。

自从1991年IBM首次将化学机械抛光(CMP)技术成功应用到64MbDRAM的生产中后,CMP技术逐渐被各种电子器件先后引进,通过超细粒子的机械研磨作用与氧化剂的化学腐蚀作用的结合,它能使人们获得比以往任何平面加工更加出色的表面形貌变化,几乎被公认为目前唯一的全局平面化技术。

关键:磨料的选择

其中,抛光液是CMP技术中的关键因素。抛光液主要由磨料、溶剂和添加剂组成,其种类、性质、粒径大小、颗粒分散度及稳定性等与最终抛光效果紧密相关。目前市场上使用最为广泛的几种磨料是SiO2、CeO2、Al2O3,它们间的具体对比可看下表。

种类

优点

缺点

SiO2抛光液

选择性、分散性好,机械磨损性能较好,化学性质活泼,并且后清洗过程处理较容易

抛光过程中易产生凝胶,对硬底材料抛光速率低

CeO2抛光液

抛光速率高,材料去除速率高

黏度大、易划伤,且选择性不好,后续清洗困难

Al2O3抛光液

硬度大,对于硬底材料蓝宝石衬底等却具有优良的去除速率

选择性低、分散稳定性不好、易团聚

在挑选磨料时,首先要根据的就是被抛光材料的硬度,然后还需要根据光洁度要求选颗粒度大小、颗粒形状、颗粒尺寸的均匀性等。由于蓝宝石单晶具有高硬度和高化学稳定性,所以它的加工工作并不是每种磨料都可以胜任的。

通过上表对比可知,Al2O3抛光液在处理蓝宝石时,与SiO2等软质磨料相比在去除速率上有着明显的优势。由于氧化铝颗粒的大小、形状、粒度分布都会影响到抛光效果,因此关于什么样的α-Al2O3粉体最适用于蓝宝石衬底抛光,需要专业的技术储备。

对α-Al2O3粉体的要求

由于在LED行业中,CMP抛光液中常选用粒径50∼200nm、粒径分布均匀的纳米α-Al2O3以避免大粒子造成的划痕。因此为了确保抛光液的切削速率及效果,使蓝宝石衬底能抛出均匀而明亮的光泽,会要求公司出产的用于蓝宝石抛光的高纯球型α-Al2O3粉体(99.99%),必须具备颗粒分布窄(80nm-150nm),粒径小,α相转晶完全,团聚小易分散,尺寸稳定性好,硬度高等特点。

同时,若氧化铝抛光液的分散稳定性不佳,容易导致抛光液在抛光过程中存在分散稳定性差、抛光过程容易出现凝聚现象使抛光面出现划痕的问题。因此为了提高氧化铝抛光液的稳定性,对α-Al2O3颗粒的Zeta电位,以及抛光液添加稳定剂、分散剂的种类和质量也都有一定的要求。

但无论如何,制备出形状规则、粒径大小合适的氧化铝颗粒始终是制备氧化铝抛光液的基础。

粉体圈 小榆