碲锌镉晶体研磨与磨削的试验研究

论文摘要

碲锌镉（CdZnTe）晶体探测器在室温下具有超高分辨率,所以该晶体是室温核辐射探测器的首选材料。另一方面,液相外延Hg1-xCdxTe材料是目前制备高性能红外焦平面器件的最佳材料,而优质的衬底是生长优质HgCdTe薄膜的基础。与其它衬底材料相比,Cd1-yZnyTe由于其晶格常数可通过调整Zn的含量而改变,能与HgCdTe的晶格常数做到完全匹配,并且其化学性能与HgCdTe十分相近,是液相外延HgCdTe薄膜最佳的衬底材料。正是由于CdZnTe晶体在HgCdTe衬底和核辐射探测器中的应用,使CdZnTe晶体的表面加工质量成为影响其器件使用性能的极其重要的因素,CdZnTe晶片表面各种缺陷会大大降低器件的性能,如作为衬底,这些缺陷会转移到HgCdTe薄膜中,而作为核辐射探测器,使得分辨率大大降低,直至失效。目前加工CdZnTe晶片的工艺为研磨-机械抛光-腐蚀,该方法很难降低表面粗糙度而获得高质量的CdZnTe晶片。又因为CdZnTe晶体本身的软脆特性,很难实现超精密加工。以ZYP200型研磨抛光机为试验平台,采用游离磨料研磨工艺对碲锌镉晶片进行加工,研究了磨粒的种类、磨粒的粒度、研磨机的主轴转数、研磨压力和抛光液流量对材料表面质量和材料去除率的影响,得到最佳的工艺参数。根据摩擦学原理以及原有的二体磨粒和三体磨粒的硬脆材料的去除机制,建立用游离磨粒研磨软脆材料晶体的去除机制以及磨粒的嵌入机制的模型,并通过试验验证模型的正确性。以VG 401Ⅱ超精密磨床为试验平台,试验研究了相同的工艺参数条件下,不同的磨粒粒度所得到的材料去除机制并采用正交试验的方法对磨削参数进行分析,从而得到了最佳工艺参数组合。分析了三种加工工艺对CdZnTe晶体表面质量的影响和加工效率,对它们之间的优缺点进行了对比。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 CZT材料特性及加工现状
• 1.1.1 CZT晶体材料特性
• 1.1.2 CZT晶体加工现状
• 1.2 超精密磨削技术的发展
• 1.3 本课题研究的目的和意义
• 1.4 课题来源及本文的主要研究内容
• 1.4.1 课题的来源
• 1.4.2 本文的研究内容
• 2 CZT研磨工艺的研究
• 2.1 研磨工艺试验方案设计和试验条件
• 2.1.1 试验方案设计
• 2.1.2 试验条件
• 2.2 研磨试验和结果
• 2.2.1 磨料种类的影响
• 2.2.2 磨粒粒度的影响
• 2.2.3 研磨压力的影响
• 2.2.4 主轴转数的影响
• 2.2.5 研磨液浓度的影响
• 2.2.6 研磨液流量的影响
• 2.3 本章小结
• 3 用游离磨粒加工软脆材料时去除机理的研究
• 3.1 模型的建立
• 3.1.1 二体磨粒的作用
• 3.1.2 三体磨粒的作用
• 3.1.3 嵌入的磨粒的作用
• 3.1.4 小磨粒的作用
• 3.1.5 磨粒的综合作用
• 3.2 试验
• 3.2.1 试验条件
• 3.2.2 试验结果和分析
• 3.3 本章小结
• 4 CZT磨削工艺的研究
• 4.1 试验条件
• 4.2 试验结果和分析
• 4.2.1 试验平台1的试验结果和分析
• 4.2.2 试验平台2的试验结果和分析
• 4.3 本章小结
• 5 CZT晶体工艺路线的确定
• 5.1 试验条件
• 5.2 试验结果与分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢