Yarimo'tkazgichli qurilmalar yuqori quvvatga, yuqori zichlikka va miniatyuraga qarab rivojlanar ekan, kremniy, kremniy karbid va galliy nitridi kabi substrat materiallari ishlash chegaralariga yaqinlashmoqda. Olmos o'zining nihoyatda yuqori qattiqligi, ultra{1}}yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi, ultra-keng tarmoqli oralig'i, yuqori parchalanadigan elektr maydoni va chuqur ultrabinafshadan uzoq infraqizilgacha bo'lgan keng spektrli shaffofligi bilan "yakuniy yarimo'tkazgich materiali" sifatida qabul qilinadi. Biroq, ishlov berish jarayonida bu ajoyib xususiyatlar, aksincha, olmosli yuzalarni aniq ishlov berishga erishish uchun asosiy to'siqlarga aylanadi. An'anaviy sayqallash usullari yuqori sifatli materiallarni olib tashlash va yuqori sirt sifatini muvozanatlash uchun kurash olib boradi, bu esa olmosni yuqori unumdorlikka ega qurilmalarda keng qo'llanilishini cheklovchi asosiy texnologik muammoga aylantiradi. Shuning uchun, an'anaviy olmosni jilolash usullarining cheklovlaridan kelib chiqib, ushbu maqolada olmosni atomik miqyosda pardozlash bo'yicha bir nechta yangi sayqallash texnologiyalari va ularning so'nggi yutuqlari-bo'linadi.
An'anaviy polishing texnologiyalari va ularning cheklovlari
An'anaviy olmosni parlatish usullari asosan mexanik abraziv, termokimyoviy abraziv va lazerli polishingni o'z ichiga oladi. Garchi bu texnologiyalar olmosni qayta ishlash tarixida muhim rol oʻynagan boʻlsa-da, ularning barchasi atom miqyosidagi sirt planarizatsiyasini qoʻllashda aniq cheklovlarga ega.
(1) Mexanik jilo: Mexanik jilo olmosni qayta ishlashda qo'llaniladigan eng qadimgi usuldir. Uning printsipi olmosli abrazivlarni yoki yuqori{2}}qattiqlikdagi abrazivlarni (masalan, kremniy karbid, alumina va boshqalar) olmos yuzasini mexanik ravishda silliqlash uchun silliqlash maydonchasida ishlatishni o'z ichiga oladi. Olmosning qattiqligi juda yuqori bo'lganligi sababli, materialni olib tashlash uchun odatda sezilarli polishing yuklari talab qilinadi; ammo, bunday yuqori yuklar qayta ishlash jarayonida chizish, chuqurlik va boshqa sirt va er osti shikastlanishlarini keltirib chiqarishga moyildir.
(2) Termokimyoviy parlatish: Yuqori haroratli interfasial diffuziya mexanizmiga asoslanib, 600–1800 daraja yuqori haroratlarda olmos yuzasida uglerod atomlari tarqalib, o'tish metall polishing prokladkalariga (masalan, temir, nikel) erishi mumkin, bu esa ishlov berishni qiyinlashtiradi. Biroq, metall taglikning notekis isishi tufayli, parlatish jarayoni ko'pincha bir xillik muammolaridan aziyat chekadi, bu esa silliqlangan sirtni notekis qoldiradi.
(3) Lazerli jilo: Bu usul olmos yuzasini to'g'ridan-to'g'ri nurlantirish uchun yuqori-energiyali lazer nuridan foydalanadi, lazerli grafitizatsiya (olmos fazasini grafit fazaga aylantirish), so'ngra grafitlangan qatlamni mexanik ravishda olib tashlash. Bu usul qo'pol ishlov berish bosqichida juda samarali, lekin lazer{3}}ta'sir qiladigan issiqlik- ta'sir zonasi nisbatan chuqur bo'lib, sirtda termal shikastlanish qatlamlarini osongina qoldiradi va global atom miqyosi-planarizatsiyasiga erishishni qiyinlashtiradi.
Olmos uchun asosiy atomik{0}}masshtabli sayqallash texnologiyalari
Kuchli{0}}kontakt mexanik ishqalanishining oldini olish va panjara shikastlanishini minimallashtirish uchun tadqiqotchilar kimyoviy mexanik sayqallash (CMP), plazma-yordamli polishing (PAP) va ionli polishing (PAP) kabi ko'p{2}}maydonlar sinergiyasiga asoslangan-yangi atom{1}}miqyosli polishing texnologiyalariga murojaat qilishdi.
01 Kimyoviy mexanik jilo (CMP)
CMP - atom masshtabini tekislash- uchun sanoat jihatidan eng istiqbolli texnologiya. Uning asosiy mexanizmi kimyoviy oksidlanish modifikatsiyasi va engil mexanik ishqalanish sinergiyasini o'z ichiga oladi: abraziv ataladagi oksidlovchilar olmos yuzasidagi sp³ bog'larini bo'shashgan, osongina olinadigan oksid qatlamiga aylantiradi, so'ngra past kuchlanish ostida nano{2}}abrazivlar bilan muloyimlik bilan qirib tashlanadi, bu esa qatlamning atomik qatlamini qayta tiklashga imkon beradi{{4}{4}5} va zararni tubdan bostirish. Shu bilan birga, an'anaviy CMP hali ham olmosni parlatish bilan bog'liq muammolarga duch kelmoqda, masalan, past oksidlanish faolligi, sekin reaktsiya tezligi va polishing samaradorligining etarli emasligi, materialni olib tashlash tezligi odatda 1 mkm / soatdan past. Hozirgi vaqtda sanoat buni ikkita asosiy yo'nalish orqali takomillashtirmoqda: tashqi maydon yordami va abraziv ataladagi oksidlovchi tizimni optimallashtirish, abraziv samaradorligi va sirt sifatini sezilarli darajada oshirish.
(1) Oksidlovchini tanlash va optimallashtirish: Oksidlovchilar olmos CMPdagi kimyoviy reaktsiyaning markaziy qismi bo'lib, oksidlanish tezligini, sirtni o'zgartirish sifatini va yakuniy pürüzlülüğü bevosita aniqlaydi. Inert olmos yuzasini oksidlash zaruratidan kelib chiqqan holda, asosiy optimallashtirilgan tizimlar quyidagilarni o'z ichiga oladi:
Yuqori-valentli tuz oksidlovchilari: kaliy ferrat (K₂FeO₄), kaliy periodat (KIO₄), kaliy permanganat (KMnO₄) va boshqalar. Ular yuqori oksidlanish potentsialiga va kuchli oksidlanish qobiliyatiga ega, inert sirt modifikatsiyasini tezlashtiradi. Masalan, Yuan va boshqalar. qiyosiy tajribalar orqali ko'rsatdiki, bunday oksidlovchilar orasida K₂FeO₄ tizimi eng yaxshi silliqlash ko'rsatkichlarini berdi, qo'pol sayqallashdan nozik abrazivga samarali o'tdi va umumiy ishlov berish vaqtini qisqartirdi.
Vodorod peroksid (H₂O₂) tizimlari: Oxirgi o'n yil ichida H₂O₂ va uning aralashmalari olmos kimyoviy parlatish uchun asosiy tanlovga aylandi. Xona haroratida kuchli oksidlovchi sifatida H₂O₂ olmos yuzasi bilan toʻgʻridan-toʻgʻri reaksiyaga kirishib, yuqori haroratli yon reaksiyalarsiz gidroksillangan oksid qatlamini hosil qilishi mumkin, bu{1}}atom miqyosidagi sayqallash uchun asos oksidlovchi boʻlib xizmat qiladi. Biroq, faqat H₂O₂ oksidlanish samaradorligi erkin radikallarning hosil bo'lish tezligi bilan cheklangan. Shuning uchun u ko'pincha Fe²⁺ katalizi bilan birlashtirilib, yuqori reaktiv •OH radikallarini hosil qiluvchi Fenton reaktsiyasini o'rnatadi, ular olmos yuzasining oksidlanish tezligini ko'paytiradi, ham yuqori olib tashlash tezligiga, ham yuqori-yarim o'tkazgichli olmos substratini qayta ishlashga mos keladigan atomik sirt sifatiga erishadi.
(2) Tashqi maydon yordami: Yuqori energiyali maydonlarni joriy qilish olmos yuzasini in situ faollashtirishi va samaraliroq olib tashlashga erishishi mumkin. Hozirgi vaqtda asosiy yondashuvlar lazer-induktsiyali va fotokataliz{4}}yordamli usullardir.
Lazer bilan-induktsiyalangan: Sof lazerli jilo materialni tez olib tashlash imkonini bersa-da, u termal shikastlanishga va sirt notekisligiga olib keladi. Biroq, grafitizatsiyani qo'zg'atish va sirtni tezda tekislash uchun qo'pol abraziv qadam sifatida ishlatilsa, CMP bilan nozik jilolansa, pürüzlülük nanometr yoki hatto atom shkalasiga kamayishi mumkin, shu bilan birga materialni olib tashlash tezligini sezilarli darajada yaxshilaydi va an'anaviy CMPning past samaradorligi muammosini engillashtiradi.
Fotokataliz{0}}yordamlanadi: fotokatalizatorlar (masalan, TiO₂, ZnO va boshqalar) parlatish shlamiga qo'shiladi va ultrabinafsha nurlarning ma'lum bir to'lqin uzunligi (odatda)<387.5 nm) is applied during polishing. The valence band electrons of the photocatalyst are excited to the conduction band, leaving positively charged holes (h⁺) in the valence band. These holes oxidize water molecules (H₂O) or hydroxide ions (OH⁻) adsorbed on the photocatalyst surface, generating highly oxidative hydroxyl radicals (•OH). These radicals then react with carbon atoms on the diamond surface, achieving efficient removal of surface carbon atoms.
02 Plazma{1}}Yordamli sayqallash (PAP)
Plazma{0}}yordamli polishing quruq, kontaktsiz, kimyoviy atom-miqyosda silliqlash usulidir. Yuqori energiyali reaktiv turlarni hosil qilish uchun O₂ kabi ishlaydigan gaz kiritiladi va ionlashtiriladi. Bu turlar olmos yuzasida uglerod atomlari bilan reaksiyaga kirishib, sirtdan desorbsiyalanuvchi uchuvchi uglerod oksidlarini hosil qiladi va sof kimyoviy atomik{5}}oʻlchovga erishadi. Keyinchalik, polishing padining engil mexanik harakati samarali olib tashlash imkonini beradi. Ushbu usulning afzalliklariga -stresssiz, abraziv{9}} ishlov berish, yuqori panjara yaxlitligi, qirqish chuqurligini aniq nazorat qilish va kristallografik anizotropiyani yumshatish kiradi, bu esa uni hozirda samaradorlik va sifatni muvozanatlashning eng istiqbolli texnologiyasiga aylantiradi. Biroq, uskunaning narxi yuqori va{11}}katta maydonlarni bir xil qirqishga erishish qiyin.
03 Ion nurlari bilan parlatish (IBS)
Ion nurli parlatish - bu yuqori energiyali fizik püskürtme-asoslangan, kontaktsiz-{0}}enerjili abraziv usuldir. Odatda vakuum muhitida bajariladigan ion manbai olmos yuzasini ma'lum burchak ostida bombardimon qiluvchi yuqori energiyali ionlarni (masalan, Ar⁺) hosil qiladi. Impuls o'tkazish orqali sirt atomlari sirt bog'lanish energiyasini yengish uchun etarli energiyaga ega bo'ladi va chayqalgan atomlar sifatida chiqariladi, atomik miqyosdagi moddalarni olib tashlash va shu bilan jilolanadi.
Kontakt bosimi, ishqalanish va u bilan bog'liq bo'lgan er osti shikastlanishi, tirnalgan yoki deformatsiyaning oldini olganligi sababli, ushbu texnologiya argon yoki oltingugurt ftorid kabi gazlardan hosil bo'lgan gaz klasteri ion nurlari (GCIB) yordamida CVD olmosning pürüzlülüğünü 334 nm dan 0,5 nm gacha kamaytirishga allaqachon erishgan. Shu bilan birga, yuqori vakuum, murakkab ion manbalari va boshqaruv tizimlariga bo'lgan talab uskunani sotib olish va texnik xizmat ko'rsatish uchun qimmatga tushadi va umumiy sanoat sohalarida keng qo'llanilishini cheklaydi.