專利名稱：綠光和紫外光激光拋光藍(lán)寶石的復(fù)合工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種綠光和紫外光激光拋光藍(lán)寶石的復(fù)合工藝方法， 屬于激光拋光藍(lán)寶石的工藝方法的創(chuàng)新技術(shù)。
背景技術(shù)：
藍(lán)寶石單晶是一種優(yōu)秀的多功能材料，具有硬度高、熔點(diǎn)高、 透光性好、電絕緣性優(yōu)異、化學(xué)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。在光學(xué)方面，藍(lán) 寶石單晶以其良好的透光性和耐磨性等特點(diǎn)而用于高能激光器的反
射鏡窗口，同時(shí)，它也是紅外制導(dǎo)武器的關(guān)鍵材料之一。在電子學(xué) 方面，它能作異質(zhì)外延生長的半導(dǎo)體材料或金屬材料的基片，如用
于半導(dǎo)體硅的外延基片以及半導(dǎo)體GaN的外延襯底材料等。作為半 導(dǎo)體襯底材料，藍(lán)寶石晶片表面質(zhì)量直接影響半導(dǎo)體材料外延質(zhì)量、 器件性能參數(shù)及產(chǎn)品成品率，所以，如何保證藍(lán)寶石表面質(zhì)量成為 制造技術(shù)領(lǐng)域中的關(guān)鍵問題。由于藍(lán)寶石單晶屬于三方晶系離子晶 體，是典型的難加工硬脆材料。目前，藍(lán)寶石主要釆用機(jī)械拋光、 化學(xué)機(jī)械拋光等方法進(jìn)行加工，這些傳統(tǒng)的接觸式拋光方法，往往 會(huì)在材料的去除過程產(chǎn)生脆性破壞等問題，拋光后藍(lán)寶石表面往往 存在表面劃痕、凹坑和次表面裂紋等缺陷，化學(xué)拋光表面還可能出 現(xiàn)拋光霧斑，難以獲得高質(zhì)量的光學(xué)表面，且拋光效率和成品率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于考慮上述問題而提供一種可顯著提高拋光效率和提高成品率的綠光和紫外光激光拋光藍(lán)寶石的復(fù)合工藝方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明綠光和紫外光激光拋光藍(lán)寶石的 復(fù)合工藝方法，其包括有如下步驟
1) 用綠光激光掃描拋光藍(lán)寶石晶片的表面；
2) 再用紫外光激光拋光綠光激光拋光過的藍(lán)寶石晶片的表面。 上述綠光激光和紫外光激光為脈沖式激光。 上述綠光激光波長入為532nm,能量密度為3~20 J/cm2,脈寬
10ns 。
上述紫外光激光波長為266 355nm，能量密度為3~20 J/cm2, 大于等于脈寬10ns。
上述綠光激光及紫外光激光的光束入射角為G~80°。 上述光束入射角是光東與藍(lán)寶石晶片表面法線方向的夾角。 本發(fā)明由于采用先用綠光激光拋光、再用紫外光激光精密拋光的 復(fù)合工藝方法，本發(fā)明采用脈沖綠光激光(波長入為532nm)拋光代 替?zhèn)鹘y(tǒng)的研磨，借助激光輻射的藍(lán)寶石表面產(chǎn)生的光熱耦合作用，以 蒸發(fā)、熔融等形式為主去除材料，并伴有微小破碎和光化學(xué)作用機(jī)制 材料去除，獲得微觀凸峰以曲面為主的宏觀上較平整表面；拋光效率
高，拋光后的表面微觀不平和缺陷在后續(xù)拋光加工過程中容易去除；
釆用脈沖紫外光激光(波長入為266-355nm)精密拋光綠光激光拋光 過的藍(lán)寶石表面，利用紫外光光子能量高、材料的吸收率高、加工過 程熱影響小等特點(diǎn)，以藍(lán)寶石輻射表面"單光子吸收"或"多光子吸 收"等方式吸收激光光子能量后，其化學(xué)鍵被打斷或者晶格結(jié)構(gòu)被破 壞的光化學(xué)的為主冷拋光形式，微量去除藍(lán)寶石表面微觀不平，獲得 微觀平整表面，并且可降低甚至消除熱對(duì)藍(lán)寶石材料的影響，獲得低 表面粗糙度和亞表面損傷程度的拋光表面。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)藍(lán)寶石晶片高效率高質(zhì)量的拋光，是一種設(shè)計(jì)巧妙，性能優(yōu)良，方便實(shí)用的綠 光和紫外光激光拋光藍(lán)寶石的復(fù)合工藝方法。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例
本發(fā)明綠光和紫外光激光拋光藍(lán)寶石的復(fù)合工藝方法，其包括 有如下步驟
1) 用綠光激光掃描拋光藍(lán)寶石晶片的表面；
2) 再用紫外光激光拋光綠光激光拋光過的藍(lán)寶石晶片的表面。 本實(shí)施例中，上述綠光激光和紫外光激光為脈沖式激光。上述綠
光激光及紫外光激光的光東入射角為0~80"，光東入射角是光束與藍(lán) 寶石晶片表面法線方向的夾角。
上述綠光激光拋光工藝參數(shù)為波長入為532nm,能量密度為3~ 20 J/cm2,脈寬10ns 。本實(shí)施例中，綠光激光波長入為532nm,能 量密度為7.2 J/cm2,脈寬10ns,激光光東入射角為60°,激光光東 掃描速度為5mm/s。藍(lán)寶石經(jīng)過綠光激光的一次掃描拋光后，其表面 粗糙度降低為Ra0.54Mm，且拋光表面以熔融去除特征為主，同時(shí)存 在少量的蒸發(fā)氣泡，以及少數(shù)的微觀斷裂裂口和極少數(shù)晶格破壞形成 的微小孔。熔融去除材料的區(qū)域可見凸峰融化的熔渣填入到波谷，使 表面變得光滑。
綠光激光掃描拋光過的藍(lán)寶石表面再釆用紫外光激光掃描拋光 一次。紫外光激光拋光工藝參數(shù)為紫外光激光波長為266 355nm， 能量密度為3-20 J/cm2，脈寬大于等于10ns。本實(shí)施例中，波長入 為355nm，能量密度為19.1 J/cm2,脈寬25ps,激光光東入射角為 70°，激光光束掃描速度為0.6mm/s。藍(lán)寶石再經(jīng)過紫外光激光一次掃 描拋光后，其表面粗糙度降低為Ra0. 08)im,藍(lán)寶石表面以晶格破壞導(dǎo)致的組織細(xì)化和部分微小孔為主，并伴有少量凸峰融化的熔渣填入 到波谷使表面變得光滑的特征。
權(quán)利要求
1、一種綠光和紫外光激光拋光藍(lán)寶石的復(fù)合工藝方法，其特征在于包括有如下步驟1)用綠光激光掃描拋光藍(lán)寶石晶片的表面；2)再用紫外光激光拋光綠光激光拋光過的藍(lán)寶石晶片的表面。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的綠光和紫外光激光拋光藍(lán)寶石的復(fù)合工藝方法， 其特征在于上述綠光激光和紫外光激光為脈沖式激光。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的綠光和紫外光激光拋光藍(lán)寶石的復(fù)合工藝方法， 其特征在于上述綠光激光波長入為532nm，能量密度為3 ~ 20 J/cm2，脈寬 10ns 。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的綠光和紫外光激光拋光藍(lán)寶石的復(fù)合工藝方法， 其特征在于上述紫外光激光波長為266 ~ 355nm，能量密度為3 ~ 20 J/cm2，大于 等于脈寬10ns。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的綠光和紫外光激光拋光藍(lán)寶石的復(fù) 合工藝方法，其特征在于上述綠光激光及紫外光激光的光東入射角為0~80°。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的綠光和紫外光激光拋光藍(lán)寶石的復(fù)合工藝方法， 其特征在于上述光東入射角是光束與藍(lán)寶石晶片表面法線方向的夾角。
全文摘要
本發(fā)明是一種綠光和紫外光激光拋光藍(lán)寶石的復(fù)合工藝方法。包括如下步驟1)用綠光激光掃描拋光藍(lán)寶石晶片的表面；2)再用紫外光激光拋光綠光激光拋光過的藍(lán)寶石晶片表面。上述綠光激光和紫外光激光為脈沖式激光。本發(fā)明由于采用先用綠光激光拋光、再用紫外光激光精密拋光的復(fù)合工藝方法，用脈沖綠光激光拋光代替?zhèn)鹘y(tǒng)研磨，借助激光輻射的藍(lán)寶石表面產(chǎn)生的光熱耦合作用，以蒸發(fā)、熔融等形式為主去除材料，并伴有微小破碎和光化學(xué)作用機(jī)制材料去除，獲得微觀凸峰以曲面為主的宏觀上較平整表面；拋光效率高，拋光后的表面微觀不平和缺陷在后續(xù)拋光加工過程中容易去除；且可降低甚至消除熱對(duì)藍(lán)寶石材料的影響，獲得低表面粗糙度和亞表面損傷程度的拋光表面。
文檔編號(hào)B24B1/00GK101524819SQ20091003705
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2009年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月3日
發(fā)明者偉 胡, 昕 謝, 謝小柱, 郭曉艷, 昕 魏, 黃加福 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)