含纳米粒子溶液对单晶硅表面的冲蚀磨损损伤试验研究-摩擦学学报.PDF

第 26 卷　第 1 期 摩 擦 学 学 报 26, 　 1 V o l N o 2006 年 1 月 TR IBOL O GY J an , 2006 含纳米粒子溶液对单晶硅表面的 冲蚀磨损损伤实验研究 徐　进, 雒建斌 (清华大学 摩擦学国家重点实验室, 北京　100084) 摘要: 利用高分辨透射电子显微镜和原子力显微镜观察了含纳米颗粒溶液冲蚀硅片表面损伤行为, 考察了纳米颗粒 碰撞单晶硅片所导致的微观物理损伤. 结果表明: 冲蚀 30 s 后, 在高分辨透射电子显微镜下可见硅片表面呈现方向性 损伤, 并可观察到大量非均匀的晶格缺陷; 当冲蚀 10 m in 时, 硅片表面出现微观划痕和凹坑, 在划痕一端可见原子堆 积, 亚表面可观察到镶嵌晶粒的非晶损伤层; 继续延长冲蚀时间将加剧其表面损伤. 关键词: 单晶硅; 冲蚀磨损; 纳米颗粒碰撞; 表面损伤 中图分类号: TH 117. 3 文献标识码: A 文章编号: (2006) 0 1000705 ( ) 　　国内外普遍采用化学机械抛光 简称CM P 技术 中的纳米颗粒与硅片表面间碰撞. 硅片选用无缺陷 [ 1, 2 ] ( ) ( ) 实现硅片的超精密表面抛光 , 其基本操作为在一 Si 100 , 颗粒选用 SiO 2 胶体, 颗粒浓度 质量分数 定的压力及纳米磨粒和化学溶液组成的抛光液存在 　　　 下使抛光工件相对于抛光垫作相对运动. 抛光去除过 程涉及到抛光液和磨粒在抛光垫和抛光片间的物理 和化学作用, 至今为止一直是人们不断深入研究的课 [3 ] 题 . 目前, 硅片抛光去除模型主要有机械犁削去除 [4 ] [ 5 ] 模型 和键合分子断裂去除模型 , 二者均强调了颗 粒研磨的重要作用. 抛光高速旋转下的颗粒和抛光垫 粗糙峰与抛光表面间材料研磨形式主要包括磨粒磨 [ 6 ] 损、粘着磨损和冲蚀磨损 . 可是, 针对研磨机理研究 F ig 1　Sch em at ic o f exp er im en ta l sy stem [7 ] [ 8 ] 主要考虑了磨粒磨损 和粘着磨损 , 而尚未见到有 图 1　试验装置示意图 ( ) 关二相流