一種晶體的拋光方法
2023-04-25 02:17:11 1
一種晶體的拋光方法
【專利摘要】本發明提供了一種晶體的拋光方法，包括如下步驟：步驟一，準備好晶片，對晶片進行常規拋光處理；步驟二，將拋光好的晶片清洗；步驟三，將清洗後的晶片置於居裡溫度以下10℃至20℃的保溫箱中，保存0.5h至3h後，晶片隨箱空冷（在空氣氛圍中自然冷卻）至室溫取出。現準備已經通過本方法拋光的LiNbO3、LiTaO3晶片，通過高倍顯微鏡和SEM（掃描電子顯微鏡）的觀察發現，LiNbO3、LiTaO3晶片表面的缺陷顯著減少，進一步的光學驗證結果表明，本方法拋光後的LiNbO3、LiTaO3晶片性能分別有5%-12%的提升，作為精密光學器件，即使是細微的變化也會產生巨大的改變，顯然5%-12%的性能加成意義是重大的。
【專利說明】—種晶體的拋光方法
【技術領域】
[0001]本發明公開了一種晶體拋光處理的新方法，將熱處理引入到拋光處理過程中，特別是應用在要求高品質的光學晶體拋光上。
【背景技術】
[0002]現階段主要應用的拋光技術有:傳統的機械拋光、化學拋光、電解拋光等；最新的化學機械拋光(CMP)、磁控拋光、流體拋光、超聲拋光等。拋光不僅增加工件的美觀，而且能夠改善材料表面的耐腐蝕性、耐磨性及獲得特殊性能。在電子設備、精密機械、儀器儀表、光學元件、醫療器械等領域應用廣泛，選擇合適的拋光方法和拋光工藝是提高產品質量的重要手段。以下簡要說明主要方法原理特點。
[0003]機械拋光，依靠切削、材料表麵塑性變形去掉被拋光面的凸部而得到平滑面。作為最傳統的拋光工藝，有著完善的工藝流程，其中機械損傷無法避免，故對於精密的光學晶體面還是很難適用。
[0004]化學拋光，材料在化學介質中表面非平整部分將被溶蝕掉，以達到表面光滑。該方法不需要複雜設備，可以拋光形狀複雜的工件，而且可同時進行多件，拋光效率高。
[0005]CMP，作為當前最主要的拋光方法，利用了磨損中的「軟磨硬」原理，即用較軟的材料來進行拋光以實現高質量的表面拋光。在一定壓力及拋光漿料存在下，被拋光工件相對於拋光墊作相對運動，藉助於納米粒子的研磨作用與氧化劑的腐蝕作用之間的有機結合，在被研磨的工件表面形成光潔表面，從而避免了由單純機械拋光造成的表面損傷和由單純化學拋光易造成的拋光速度慢、表面平整度和拋光一致性差等缺點。
[0006]磁流變拋光，利用磁流變拋光液在磁場中的變流行進行拋光，當磁流變拋光液處於梯度磁場中時，其粘滯性明顯增強，成為具有粘塑體的Bingham體(賓漢體)，拋光中當柔性拋光帶和工件表面接觸並存在相對運動時，就會在工件表面和接觸區域產生剪切力，從而去除工件表面材料。
[0007]無論是傳統機械、化學拋光方法，還是最新的CMP、磁控拋光，儘管已經能將表面處理的很光滑，但是不可避免的引入了很多表面問題，諸如表面缺陷、內部微裂紋等等。而這些缺陷對於光學晶體是致命的難題，有可能影響到晶體的性能，嚴重時使晶體器件失效。
【發明內容】
[0008]本發明提供一種有效可行的拋光方法，即在晶體完成初步拋光後，將晶體置於低於該材料居裡溫度以下10°c -20°c的環境中，保溫時間具體視每種晶體情況而定，從而將表面缺陷排出而達到修復表面晶體結構的目的，可以克服上述缺陷問題。
[0009]本發明提供了一種晶體的拋光方法，包括如下步驟:
[0010]步驟一，準備好晶片，對晶片進行常規拋光處理；
[0011]步驟二，將拋光好的晶片清洗；
[0012]步驟三，將清洗後的晶片置於居裡溫度以下10°C至20°C的保溫箱中，保存0.5h至3h後，晶片隨箱空冷至室溫取出。
[0013]作為本發明的進一步改進，步驟一中對晶片進行化學機械拋光處理。
[0014]作為本發明的進一步改進，步驟二中將拋光好的晶片用去離子水清洗。
[0015]作為本發明的進一步改進，清洗後的晶片置於居裡溫度以下12°C至18°C的保溫箱中。
[0016]作為本發明的進一步改進，保溫箱中，保存Ih至2h後，晶片隨箱空冷至室溫取出。
[0017]作為本發明的進一步改進，晶片尺寸為20±4_X20±4_X4±lmm。
[0018]作為本發明的進一步改進，晶片尺寸為20±2mmX20±2mmX4±0.5mm。
[0019]作為本發明的進一步改進，晶片尺寸為20mmX20mmX4mm。
[0020]本發明的有益效果是:
[0021]1、本發明在拋光過程中引入了熱處理，主動利用退火處理表面缺陷，克服其他方法沒解決的難題，同時傳承其他拋光處理的優點，從而得到更理想的晶體表面；
[0022]2、在晶體拋光後，只需要將該試樣置於居裡溫度以下10°C -20°C的保溫箱中，保存一定時間後，緩慢冷卻後取出即可，本方法相對簡單、有效；
[0023]3、本發明採用熱處理不同於以往，重點加熱到居裡點溫度以下，在保證原晶體不改變鐵磁性的前提下，盡最大可能的消除拋光表面缺陷；
[0024]4、本發明幾乎適用於任何鐵磁性試樣的拋光處理，並可以在不改變原拋光工藝主體步驟前提下，作為最終拋光。
【具體實施方式】
[0025]本發明公開了對鈮酸鋰(LiNb03)、膽酸鋰(LiTa03)晶體拋光後熱處理方法，通過調節熱處理溫度(T)、保溫時間(t)等可控因素，調整出最佳的晶體表面。本方法同樣也可推廣到其他種晶體的處理，特別是應用在要求高品質的光學晶體拋光上。
[0026]實施例1
[0027]步驟一,準備好兩片尺寸:20mmX20mmX4mm的LiNb03單晶片，單晶切片取向為Z向；
[0028]步驟二，對LiNb03晶片進行CMP常規拋光處理；
[0029]步驟三，將拋光好的晶片用去離子水清洗後，置於1130°C的兩個保溫箱中，分別保存lh、2h後，晶片隨箱空冷(在空氣氛圍中自然冷卻)至室溫取出；
[0030]步驟四，採用高倍光學顯微鏡和SEM觀察表面形貌質量，使用光學、電學檢測方法分析其性能變化。
[0031]注:LiNb03的居裡溫度為1140±4°C，主要應用其光學性能。
[0032]實施例2
[0033]步驟一,準備好兩片尺寸:20mmX20mmX4mm的LiNb03單晶片，單晶切片取向為Z向；
[0034]步驟二，對LiNb03晶片進行CMP常規拋光處理；
[0035]步驟三，將拋光好的晶片用去離子水清洗後，置於1120°C的兩個保溫箱中，分別保存lh、2h後，晶片隨箱空冷至室溫取出；
[0036]步驟四，採用高倍光學顯微鏡和SEM觀察表面形貌質量，使用光學、電學檢測方法分析其性能變化。
[0037]注:LiNb03的居裡溫度為1140±4°C，主要應用其光學性能。
[0038]實施例3
[0039]步驟一，準備好兩片尺寸:20mmX 20mmX4mm的LiTa03單晶片，單晶切片取向為Z向；
[0040]步驟二，對LiTa03晶片進行CMP常規拋光處理；
[0041]步驟三，將拋光好的晶片用去離子水清洗後，置於655°C的兩個保溫箱中，分別保存lh、2h後，晶片隨箱空冷至室溫取出；
[0042]步驟四，採用高倍光學顯微鏡和SEM觀察表面形貌質量，使用光學、電學檢測方法分析其性能變化。
[0043]注:LiTa03的居裡溫度為665±5°C，主要應用其光學性能。
[0044]實施例4
[0045]步驟一,準備好兩片尺寸:20mmX20mmX4mm的LiTa03單晶片，單晶切片取向為Z向；
[0046]步驟二，對LiTa03晶片進行CMP常規拋光處理；
[0047]步驟三，將拋光好的晶片用去離子水清洗後，置於645°C的兩個保溫箱中，分別保存lh、2h後，晶片隨箱空冷至室溫取出；
[0048]步驟四，採用高倍光學顯微鏡和SEM觀察表面形貌質量，使用光學、電學檢測方法分析其性能變化。
[0049]注:LiTa03的居裡溫度為665±5°C，主要應用其光學性能。
[0050]現準備已經過本方法拋光的LiNb03、LiTa03晶片，通過高倍顯微鏡和SEM (掃描電子顯微鏡)的觀察發現，LiNb03、LiTa03晶片表面的缺陷顯著減少，進一步的光學驗證結果表明，本方法拋光後的LiNb03、LiTa03晶片性能分別有5%_12%的提升，作為精密光學器件，即使是細微的變化也會產生巨大的改變，顯然5%-12%的性能加成意義是重大的。
[0051]故從實驗結果分析說明本方法十分適用於高品質晶體的精化處理拋光。
[0052]本發明使用了熱處理拋光技術，利用退火處理晶體表面缺陷，克服其他方法沒解決的難題，同時傳承其他拋光處理的優點，從而得到更理想的晶體表面；
[0053]本發明中採用的熱處理溫度，根據具體拋光的晶體材料的居裡溫度而定，一般要低於其居裡點以下10°c -200C ；
[0054]本發明選用的熱處理溫度為居裡點溫度以下，避免因加熱而導致鐵磁性改變的弊端，實現了拋光表面最大化去除缺陷；
[0055]本發明幾乎適用於任何鐵磁性試樣的拋光處理,並可以在不改變原拋光工藝主體步驟前提下，作為最終拋光，其應用範圍廣、操作簡單。
[0056]以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種晶體的拋光方法，其特徵在於，包括如下步驟: 步驟一，準備好晶片，對晶片進行常規拋光處理； 步驟二，將拋光好的晶片清洗； 步驟三，將清洗後的晶片置於居裡溫度以下10°c至20°C的保溫箱中，保存0.5h至3h後，晶片隨箱空冷至室溫取出。
2.根據權利要求1所述的一種晶體的拋光方法，其特徵在於:步驟一中對晶片進行化學機械拋光處理。
3.根據權利要求1所述的一種晶體的拋光方法，其特徵在於:步驟二中將拋光好的晶片用去離子水清洗。
4.根據權利要求1所述的一種晶體的拋光方法，其特徵在於:清洗後的晶片置於居裡溫度以下12°C至18°C的保溫箱中。
5.根據權利要求1所述的一種晶體的拋光方法，其特徵在於:保溫箱中，保存Ih至2h後，晶片隨箱空冷至室溫取出。
6.根據權利要求1所述的一種晶體的拋光方法，其特徵在於:晶片尺寸為20±4mmX 20±4mmX 4 土 1mm。
7.根據權利要求6所述的一種晶體的拋光方法，其特徵在於:晶片尺寸為20±2mmX20±2mmX4±0.5mm。
8.根據權利要求1所述的一種晶體的拋光方法，其特徵在於:晶片尺寸為20mm X 20mm X 4mm。
【文檔編號】B24B1/00GK103639850SQ201310687943
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月13日 優先權日:2013年12月13日
【發明者】劉向力, 羅政純, 魯運朋 申請人:哈爾濱工業大學深圳研究生院