一種SiC單晶晶向角度補償加工裝置及其加工方法
2023-05-08 05:38:11
一種SiC單晶晶向角度補償加工裝置及其加工方法
【專利摘要】本發明公開了一種SiC單晶晶向角度補償加工裝置及其加工方法，解決了現有技術的平面磨床與外圓磨床之間轉換所帶來的加工成品率低以及加工效率低的問題。包括錐柄偏心盤、轉軸、壓緊環、偏心連接軸、基座。錐柄偏心盤通過轉軸與偏心連接軸相連，利用壓緊環將偏心連接軸與錐柄偏心盤相互固定，保證偏心連接軸和錐柄偏心盤緊密配合，再利用外圓磨床切削SiC晶體原生表面時二者不發生相對轉動，基座通過粘接劑可與晶體固定，將粘好晶體的基座通過銷子固定於偏心連接軸的凹槽內，最後根據配套的計算方法可以完成SiC晶體滾圓和角度補償的工作。該發明結構簡單，操作方便，僅利用外圓磨床就可以完成SiC單晶滾圓和角度補償工作，有效提高加工成品率和加工效率。
【專利說明】一種SiC單晶晶向角度補償加工裝置及其加工方法
【技術領域】
[0001]本發明專利涉及一種用於補償SiC單晶的〈0001〉晶向的裝置及其方法。該方法利用外圓磨床結合本專利中涉及的調整結構，通過一種計算方法，最終實現SiC單晶〈0001〉晶向角度的補償，滿足SiC基器件製作對SiC單晶晶向的要求。屬於電子工業和半導體材料【技術領域】。
【背景技術】
[0002]碳化矽(SiC)是第三代寬帶隙半導體材料，具有寬禁帶、高熱導率、高電子飽和遷移速率、高擊穿電場等性質，與以矽為代表的第一代半導體材料及以GaAs為代表的第二代半導體材料相比有著明顯的優越性。在雷達通信、汽車電子、風電、智能電網、航空航天等領域擁有巨大的應用前景，被認為是製造光電子器件、高頻大功率器件、高溫電子器件理想的半導體材料。目前，已有多種SiC基器件問世，例SBD (肖特基勢壘二極體)，MESFET (金屬半導體場效應電晶體)，MOSFET (金屬氧化層半導體場效應電晶體)，HEMT (高電子遷移率電晶體)等器件，不同器件對SiC單晶晶向有著不同的要求，其中HEMT器件要求SiC襯底晶向為〈0001>±0.2°。為了滿足器件對晶向的要求，需要在SiC單晶前道加工中完成晶向補償的工作，傳統的SiC晶向補償方法常採用外圓磨床與平面磨床相結合完成晶向補償的工作，具體方法為:利用平面磨床將SiC原生晶體表面磨平，在該工序中不可避免會導致晶體表面方向與晶體內在的晶向發生一個小角度偏離，然後利用X射線定向儀對已磨平面定向，確定最大偏離角度。隨後再利用平面磨床將小角度偏離進行補償，最後再將晶體轉移至外圓磨床，利用外圓磨床磨去單晶區邊緣的多晶部分，並將晶體滾圓至標準直徑，最終完成晶體前道加工的工作。該傳統方法需要在平面磨床和外圓磨床之間轉換，不可避免的存在裝配誤差，導致晶體加工成品率較低，而且晶體加工效率較低。
【發明內容】
[0003]本發明提供了一種SiC單晶晶向角度補償加工裝置及其加工方法，解決了現有技術的平面磨床與外圓磨床之間轉換所帶來的加工成品率低以及加工效率低的技術問題。
[0004]本發明是通過以下技術方案解決以上技術問題的:
一種SiC單晶晶向角度補償加工裝置，包括外圓磨床，在外圓磨床的頭架上連接有錐柄偏心盤，錐柄偏心盤的錐柄的尾端固定夾持在外圓磨床的頭架上的夾盤上，錐柄偏心盤的偏心盤面為傾斜盤面，偏心盤面與錐柄的中軸線的垂面之間的夾角為1.5度，在偏心盤面的中心處設置有連接轉軸左銷孔，在偏心盤面的外圓上均布有四個偏心連接軸固定孔，旋轉臺階形偏心連接軸的左側面為傾斜圓面，旋轉臺階形偏心連接軸的左側面與錐柄的中軸線的垂面之間的夾角為1.5度，在左側面的中心處設置有連接轉軸右銷孔，在連接轉軸右銷孔與連接轉軸左銷孔之間設置有連接轉軸，在壓緊環上均布有四個偏心連接軸壓緊孔，壓緊環套接在旋轉臺階形偏心連接軸的臺階上，在偏心連接軸壓緊孔與偏心連接軸固定孔之間設置有連接螺栓，在旋轉臺階形偏心連接軸的右端面上設置有T形基座的銷接孔，在T形基座的銷接孔中連接有T形基座，在T形基座的右端端面上粘接有待磨麵的晶體。
[0005]在偏心盤面的盤面上設置有360度刻度盤,每份刻度線對應I度。
[0006]—種SiC單晶晶向角度補償加工方法，包括以下步驟:
第一步，將錐柄偏心盤的錐柄的尾端固定夾持在外圓磨床的頭架上的夾盤上，在偏心盤面的盤面上設置360度刻度盤，每份刻度線對應I度,錐柄偏心盤的偏心盤面為傾斜盤面，偏心盤面與錐柄的中軸線的垂面之間的夾角為1.5度，在偏心盤面的中心處設置連接轉軸左銷孔，在偏心盤面的外圓上均布有四個偏心連接軸固定孔，旋轉臺階形偏心連接軸的左側面為傾斜圓面，旋轉臺階形偏心連接軸的左側面與錐柄的中軸線的垂面之間的夾角為1.5度，在左側面的中心處設置連接轉軸右銷孔，在連接轉軸右銷孔與連接轉軸左銷孔之間設置連接轉軸，在壓緊環上均布有四個偏心連接軸壓緊孔，壓緊環套接在旋轉臺階形偏心連接軸的臺階上，在旋轉臺階形偏心連接軸的右端面上設置T形基座的銷接孔；將左側面的最高點與錐柄偏心盤的偏心盤面的最低點相對應，同樣偏心連接軸盤面15的最低點與錐柄偏心盤的偏心盤面的最高點相對應，此時角度補償裝置記為零點；
第二步，待磨麵的晶體與基座通過AB膠固定後，插入旋轉臺階形偏心連接軸的銷接孔內並用頂絲固定；用連接螺栓將壓緊環與偏心盤面連接在一起；
第三步，利用砂輪的外圓角切削待磨麵的晶體的表面，切削長度超過待磨麵的晶體的半徑；
第四步，卸下T形基座和待磨麵的晶體，利用X射線對已切削的待磨麵的晶體的表面定向，確定晶體的〈0001〉方向與表面的最大偏尚角大小和偏尚方向，並在晶體表面標註最聞點和最低點；
第五步，再將T形基座和待磨麵的晶體安裝在補償裝置上，注意此時待磨麵的晶體的最高點與臺階形偏心連接軸的左側面的最高點對應，並通過用頂絲固定；
第六步，根據待磨麵的晶體的偏離角的大小和方向，旋轉臺階形偏心連接軸，使待磨麵的晶體的偏離角被補償；
第七步，調整好旋轉臺階形偏心連接軸的旋轉角度後，用壓緊環將旋轉臺階形偏心連接軸與錐柄偏心盤緊密固定連接在一起，利用砂輪的外圓角切削待磨麵的晶體的表面，切削長度超過待磨麵的晶體的半徑；
第八步、重複上述第三步到第八步的步驟，直到完成待磨麵的晶體的表面角度補償。
[0007]本發明結構簡單,操作方便,僅利用外圓磨床就可以完成SiC單晶滾圓和角度補償工作，可有效提高加工成品率和加工效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是本發明的結構示意圖；
圖2是本發明的錐柄偏心盤I的結構示意圖；
圖3是本發明的錐柄偏心盤I在俯視方向上的結構示意圖；
圖4是本發明的壓緊環3的結構示意圖；
圖5是本發明的旋轉臺階形偏心連接軸4的結構示意圖；
圖6是本發明的T形基座5的結構示意圖。【具體實施方式】
[0009]下面結合附圖對本發明進行詳細說明:
一種SiC單晶晶向角度補償加工裝置，包括外圓磨床，在外圓磨床的頭架上連接有錐柄偏心盤1，錐柄偏心盤I的錐柄6的尾端固定夾持在外圓磨床的頭架上的夾盤上，錐柄偏心盤I的偏心盤面7為傾斜盤面，偏心盤面7與錐柄6的中軸線的垂面之間的夾角為1.5度，在偏心盤面7的中心處設置有連接轉軸左銷孔12，在偏心盤面7的外圓上均布有四個偏心連接軸固定孔8，旋轉臺階形偏心連接軸4的左側面15為傾斜圓面，旋轉臺階形偏心連接軸4的左側面15與錐柄6的中軸線的垂面之間的夾角為1.5度，在左側面15的中心處設置有連接轉軸右銷孔20，在連接轉軸右銷孔20與連接轉軸左銷孔12之間設置有連接轉軸2，在壓緊環3上均布有四個偏心連接軸壓緊孔13，壓緊環3套接在旋轉臺階形偏心連接軸4的臺階23上，在偏心連接軸壓緊孔13與偏心連接軸固定孔8之間設置有連接螺栓，在旋轉臺階形偏心連接軸4的右端圓柱19上設置有T形基座5的銷接孔21，在T形基座5的銷接孔21中連接有T形基座5的基座圓柱體24，在T形基座5的右端端面25上粘接有待磨麵的晶體。
[0010]在偏心盤面7的盤面上設置有360度刻度盤9，每份刻度線對應I度。
[0011]本發明主要有5個部件組成:錐柄偏心盤1、連接轉軸2、壓緊環3、旋轉臺階形偏心連接軸4、T形基座5，錐柄偏心盤I的錐柄6根據外圓磨床頭架的要求設定錐柄的長度以及錐度，保證與外圓磨床頭架部分緊密配合。錐柄偏心盤I的偏心盤面7為1.5°傾斜面，有4個偏心連接軸固定孔8，且有360份刻度線9，每份刻度線對應I度，偏心盤面7外圓標有最高和最低點，最高點10為0°對應點，最低點11為180°對應點，偏心盤面7中心處有連接轉軸左銷孔12。旋轉臺階形偏心連接軸4通過連接轉軸2與錐柄偏心盤I相連，連接轉軸2置於旋轉臺階形偏心連接軸4的連接轉軸右銷孔20和錐柄偏心盤I的連接轉軸左銷孔12處。旋轉臺階形偏心連接軸4的盤面15同樣為1.5°斜面，且該盤面的外圓標有最高16和最低點17，在偏心連接軸盤面15與錐柄偏心盤盤面7連接時，左側面15的最高點16與錐柄偏心盤I的偏心盤面7的最低點11相對應，同樣偏心連接軸盤面15的最低點17與錐柄偏心盤的偏心盤面7的最高點10相對應，此時角度補償裝置記為零點。旋轉臺階形偏心連接軸4的右側面18為一標準平面，該平面與外圓磨床的砂輪軸線垂直。壓緊環3均勻分布4個偏心連接軸壓緊孔13，旋轉臺階形偏心連接軸4和錐柄偏心盤I連接時，壓緊環中心孔14穿過偏心連接軸的圓柱體19，並壓住偏心連接軸的臺階面23，4個螺釘穿過壓緊環的4個孔13與錐柄偏心盤盤面7的4個偏心連接軸固定孔8固定連接，保證旋轉臺階形偏心連接軸4和錐柄偏心盤I緊密配合，在利用外圓磨床磨平面時二者不發生相對轉動。基座圓柱體24插入旋轉臺階形偏心連接軸4的銷接孔21且緊密配合，通過頂絲22固定，T形基座5的基座圓柱體25與待磨麵的晶體通過粘接劑相互固定。
[0012]一種SiC單晶晶向角度補償加工方法，包括以下步驟:
第一步，將錐柄偏心盤I的錐柄6的尾端固定夾持在外圓磨床的頭架上的夾盤上，在偏心盤面7的盤面上設置360度刻度盤9，每份刻度線對應I度，錐柄偏心盤I的偏心盤面7為傾斜盤面，偏心盤面7與錐柄6的中軸線的垂面之間的夾角為1.5度，在偏心盤面7的中心處設置連接轉軸左銷孔12，在偏心盤面7的外圓上均布有四個偏心連接軸固定孔8，旋轉臺階形偏心連接軸4的左側面15為傾斜圓面，旋轉臺階形偏心連接軸4的左側面15與錐柄6的中軸線的垂面之間的夾角為1.5度，在左側面15的中心處設置連接轉軸右銷孔20，在連接轉軸右銷孔20與連接轉軸左銷孔12之間設置連接轉軸2，在壓緊環3上均布有四個偏心連接軸壓緊孔13，壓緊環3套接在旋轉臺階形偏心連接軸4的臺階上，在旋轉臺階形偏心連接軸4的右端面上設置T形基座5的銷接孔21 ;將左側面15的最高點16與錐柄偏心盤的偏心盤面7的最低點11相對應，同樣偏心連接軸盤面15的最低點17與錐柄偏心盤的偏心盤面7的最高點10相對應，此時角度補償裝置記為零點；
第二步，待磨麵的晶體與基座5通過AB膠固定後，插入旋轉臺階形偏心連接軸4的銷接孔21內並用頂絲22固定；用連接螺栓將壓緊環3與偏心盤面7連接在一起；
第三步，利用砂輪的外圓角切削待磨麵的晶體的表面，切削長度超過待磨麵的晶體的半徑；
第四步，卸下T形基座5和待磨麵的晶體，利用X射線對已切削的待磨麵的晶體的表面定向，確定晶體的〈0001 >方向與表面的最大偏離角大小和偏離方向，並在晶體表面標註最聞點和最低點；
第五步，再將T形基座5和待磨麵的晶體安裝在補償裝置上，注意此時待磨麵的晶體的最高點與旋轉臺階形偏心連接軸4的左側面15的最高點對應，並通過用頂絲22固定；第六步，根據待磨麵的晶體的偏離角的大小和方向，臺階形偏心連接軸4，使待磨麵的晶體的偏離角被補償；
第七步，調整好旋轉臺階形偏心連接軸4的旋轉角度後，用壓緊環3將旋轉臺階形偏心連接軸4與錐柄偏心盤I緊密固定連接在一起，利用砂輪的外圓角切削待磨麵的晶體的表面，切削長度超過待磨麵的晶體的半徑；
第八步、重複上述第三步到第八步的步驟，直到完成待磨麵的晶體的表面角度補償。
【權利要求】
1.一種SiC單晶晶向角度補償加工裝置，包括外圓磨床，在外圓磨床的頭架上連接有錐柄偏心盤(1)，錐柄偏心盤(I)的錐柄(6)的尾端固定夾持在外圓磨床的頭架上的夾盤上，其特徵在於，錐柄偏心盤(I)的偏心盤面(7)為傾斜盤面，偏心盤面(7)與錐柄(6)的中軸線的垂面之間的夾角為1.5度，在偏心盤面(7)的中心處設置有連接轉軸左銷孔(12)，在偏心盤面(7)的外圓上均布有四個偏心連接軸固定孔(8)，旋轉臺階形偏心連接軸(4)的左側面(15)為傾斜圓面，旋轉臺階形偏心連接軸(4)的左側面(15)與錐柄(6)的中軸線的垂面之間的夾角為1.5度，在左側面(15)的中心處設置有連接轉軸右銷孔(20)，在連接轉軸右銷孔(20 )與連接轉軸左銷孔(12 )之間設置有連接轉軸(2 )，在壓緊環(3 )上均布有四個偏心連接軸壓緊孔(13 )，壓緊環(3 )套接在旋轉臺階形偏心連接軸(4 )的臺階上，在偏心連接軸壓緊孔(13 )與偏心連接軸固定孔(8 )之間設置有連接螺栓，在旋轉臺階形偏心連接軸(4)的右端面上設置有T形基座(5)的銷接孔(21)，在T形基座(5)的銷接孔(21)中連接有T形基座(5)的基座圓柱體(24)，在T形基座(5)的右端端面(25)上粘接有待磨麵的晶體。
2.根據權利要求1所述的一種SiC單晶晶向角度補償加工裝置，其特徵在於，在偏心盤面(7)的盤面上設置有360度刻度盤(9)，每份刻度線對應I度。
3.—種SiC單晶晶向角度補償加工方法，包括以下步驟: 第一步，將錐柄偏心盤(I)的錐柄(6)的尾端固定夾持在外圓磨床的頭架上的夾盤上，在偏心盤面(7)的盤面上設置360度刻度盤(9)，每份刻度線對應I度，錐柄偏心盤(I)的偏心盤面(7)為傾斜盤面，偏心盤面(7)與錐柄(6)的中軸線的垂面之間的夾角為1.5度，在偏心盤面(7)的中心處設置連接轉軸左銷孔(12)，在偏心盤面(7)的外圓上均布有四個偏心連接軸固定孔(8 )，旋轉臺階形偏心連接軸(4)的左側面(15 )為傾斜圓面，旋轉臺階形偏心連接軸(4)的左側面(15)與錐柄(6)的中軸線的垂面之間的夾角為1.5度，在左側面(15)的中心處設置連接轉軸右銷孔(20)，在連接轉軸右銷孔(20)與連接轉軸左銷孔(12)之間設置連接轉軸(2)，在壓緊環(3)上均布有四個偏心連接軸壓緊孔(13)，壓緊環(3)套接在旋轉臺階形偏心連接軸(4)的臺階(23)上,在旋轉臺階形偏心連接軸(4)的右端面上設置T形基座(5)的銷接孔(21);將左側面(15)的最高點(16)與錐柄偏心盤的偏心盤面(7)的最低點(11)相對應，同樣偏心連接軸盤面(15)的最低點(17)與錐柄偏心盤的偏心盤面(7)的最高點(10)相對應，此時角度補償裝置記為零點； 第二步，待磨麵的晶體與基座(5)通過AB膠固定後，插入旋轉臺階形偏心連接軸(4)的銷接孔(21)內並用頂絲(22)固定；用連接螺栓將壓緊環(3)與偏心盤面(7)連接在一起； 第三步，利用砂輪的外圓角切削待磨麵的晶體的表面，切削長度超過待磨麵的晶體的半徑； 第四步，卸下T形基座(5 )和待磨麵的晶體，利用X射線對已切削的待磨麵的晶體的表面定向，確定晶體的〈0001〉方向與表面的最大偏離角大小和偏離方向，並在晶體表面標註最聞點和最低點； 第五步，再將T形基座(5)和待磨麵的晶體安裝在補償裝置上，注意此時待磨麵的晶體的最高點與臺階形偏心連接軸(4)的左側面(15)的最高點對應，並通過用頂絲(22)固定； 第六步，根據待磨麵的晶體的偏離角的大小和方向，旋轉臺階形偏心連接軸(4)，使待磨麵的晶體的偏離角被補償；第七步，調整好旋轉臺階形偏心連接軸(4)的旋轉角度後，用壓緊環(3)將旋轉臺階形偏心連接軸(4)與錐柄偏心盤(1)緊密固定連接在一起，利用砂輪的外圓角切削待磨麵的晶體的表面，切削長度超過待磨麵的晶體的半徑； 第八步、重複上述第三步到第八步的步驟，直到完成待磨麵的晶體的表面角度補償。
【文檔編號】B24B5/36GK103692301SQ201310671401
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月12日 優先權日:2013年12月12日
【發明者】王英民, 李斌, 徐偉, 毛開禮, 周立平, 王利忠, 侯曉蕊, 戴鑫, 郝唯佑, 田牧 申請人:中國電子科技集團公司第二研究所