[发明专利]碳化硅平面的芬顿反应和洛伦兹力协同抛光方法

说明书

一种碳化硅平面的芬顿反应和洛伦兹力协同抛光方法，碳化硅平面抛光通过低压磨粒流实现；低压磨粒流的流道顶面倾斜角度可调，通过更换置于加工装置内的角度块零件实现；芬顿反应是对碳化硅工件的表面预处理，在抛光前通过芬顿反应使碳化硅工件表面生成二氧化硅薄层，降低工件表面硬度；洛伦兹力为磁场对带电磨粒的作用力；磁场为置于加工装置后方的电磁铁所产生的平行于工件表面且垂直于磨粒流流动方向的强度可调均匀磁场，在所述磁场的作用下，流场中运动的带正电磨粒受到垂直指向工件表面的洛伦兹力作用，向工件表面运动；带正电磨粒为表面带正电荷的氧化铝磨粒。本发明抛光后工件表面粗糙度均匀、表面质量高、加工效率高。

技术领域

本发明属于超精密加工领域，是一种碳化硅平面的芬顿反应和洛伦兹力协同抛光方法。

背景技术

碳化硅是作为第三代半导体材料，具有禁带宽度大、临界击穿场强高、电子迁移率高、热导率高等特点，在磨料、冶金、LED固体照明和精密电子元件等领域具有广泛应用。其中，精密电子元件等领域对碳化硅晶片有表面损伤小、表面粗糙度低且分布均匀等表面质量要求，但碳化硅的硬度大、脆性高等特点使其表面抛光十分困难。

传统的碳化硅表面抛光工艺，如研磨，是在研磨盘上通过游离磨粒对工件表面进行抛光，由于游离磨粒在研磨盘上的分布具有很大的不均匀性，容易导致研磨加工后工件表面各处的表面粗糙度不等，且易造成表面损伤，严重影响工件的性能。将磨粒相对固定在研磨盘上的研磨方法虽然能够使磨粒分布保持均匀，但由于研磨过程中磨粒距离研磨盘回转中心的距离不同，不同位置的磨粒线旋转速度不相等，导致靠近研磨盘边缘的磨粒磨损程度远大于靠近回转中心的磨粒，从而导致工件表面的抛光程度不同，使加工表面质量下降。目前较为先进的磁性研磨加工过程中，磁性磨粒在随磁场高速旋转时离心作用明显，边缘处磨粒脱离磁场约束向外飞散，最终也会导致加工区域内抛光力分布不均匀的问题。

相比与上述碳化硅抛光工艺，低压磨粒流抛光是一种新型的碳化硅表面抛光技术，以流体作为磨粒的载体，通过磨粒相对碳化硅工件表面的流动进行抛光处理。低压磨粒流抛光的有益之处体现在抛光后的碳化硅工件具有更低的表面粗糙度、更均匀的表面质量和更小的表面损伤率等方面。

尽管低压磨粒流抛光有许多无可比拟的优越性，低压磨粒流抛光中仍存在一些问题，具体体现在以下三个方面：(1)加工过程中流体与工件表面的摩擦和磨粒与工件表面的碰撞会导致能量损失，造成加工区域内的流体沿流动方向上压力下降，使工件表面的抛光力分布不均匀，最终导致抛光后工件表面粗糙度值分布不均匀，使表面质量下降。(2)由于碳化硅工件的硬度很高，普通磨粒对其加工困难，达到理想加工效果需要较长时间。(3)低压磨粒流抛光的物料切蚀率较低，磨粒对工件表面的压力不足导致磨粒对工件表面波峰的剪切力较小。磨粒在垂直流体流动方向的截面内分布较为随机，只有少部分在工件表面附近的磨粒能起到实际抛光作用，大部分磨粒只是随流体流经加工腔体，没有参与抛光加工，磨粒利用率低。

发明内容

为了克服碳化硅平面低压磨粒流抛光中存在的抛光后工件表面粗糙度不均匀、表面质量低、加工效率低的问题，本发明提供一种抛光后工件表面粗糙度均匀、表面质量高、加工效率高的碳化硅平面的芬顿反应和洛伦兹力协同抛光方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种碳化硅平面的芬顿反应和洛伦兹力协同抛光方法，碳化硅平面抛光通过低压磨粒流实现；所述低压磨粒流的流道顶面倾斜角度可调，通过更换置于加工装置内的角度块零件实现；所述芬顿反应是对碳化硅工件的表面预处理，在抛光前通过芬顿反应使碳化硅工件表面生成二氧化硅薄层，降低工件表面硬度；所述洛伦兹力为磁场对带电磨粒的作用力；所述磁场为置于加工装置后方的电磁铁所产生的平行于工件表面且垂直于磨粒流流动方向的强度可调均匀磁场，在所述磁场的作用下，流场中运动的带正电磨粒受到垂直指向工件表面的洛伦兹力作用，向工件表面运动；所述带正电磨粒为表面带正电荷的氧化铝磨粒。