一种采用电火花切割技术快速切割CdS单晶体的方法与流程

本发明设计一种用于CdS单晶体的切割方法，属于半导体材料的加工领域。
背景技术：
：硫化镉（CdS）晶体是带宽为2.4eV的直接跃迁型Ⅱ一VI族化合物半导体材料。CdS单晶的优异光电性质使其在探测器、太阳能电池，红外视窗等半导体器件制备上具有广泛的应用。CdS晶体的加工包括定向、滚圆、切割、研磨、抛光、清洗等工艺，在后续的研磨、抛光工序之前，需要先将晶锭切割成表面平整、厚度均一的切割片，切割工艺的好坏直接影响后续的加工工艺。由于CdS晶锭的厚度较小（通常小于1cm），常采用单线切割工艺对其进行切割。在单线切割工艺中，采用的切割线为金刚线，依靠金刚线和CdS晶体间的剧烈摩擦，使材料破裂并从母体表面脱落下来，从而达到切割的效果。由于CdS晶体的硬度小（莫氏硬度仅为3.3）、脆性大，在单线切割过程中，极易出现碎片现象，导致单线切割成品率过低；此外，采用传统单线切割工艺时，晶体的定向是通过以下步骤来完成：将晶锭固定在切割机样品台上，先从晶锭上切割下一小片并对切割片进行定向，根据晶向偏移量来调整样品台的角度，在这个过程中定向、样品台角度调节以及切割误差，使得传统的单线切割片晶向精度不高（偏差往往为0.3°～0.5°）；再者，采用传统的单线切割方法对CdS晶锭进行切割时，晶锭的滚圆操作过程会比较繁琐，若操作不当会使切割片为椭圆形。技术实现要素：鉴于现有技术的状况及不足，本发明针对低阻n型CdS单晶晶体的切割，提供了一种采用电火花切割技术快速切割CdS单晶体的方法，电火花切割技术，是依靠电能和热能进行材料去除，是一种非接触性的切割方法，此方法既可以大大降低碎片的风险，同时也可以大大提高加工效率。本发明为实现上述目的，所采用的技术方案是：一种采用电火花切割技术快速切割CdS单晶体的方法，其特征在于：步骤如下，第一步，用高温蜡将CdS晶锭的剥离面粘贴在一个总厚度变化小于5μm的铸铁托上，用平面磨床将CdS晶锭的生长面磨平；第二步，用X射线衍射仪对磨平的端面进行定向，根据晶向偏离（0001）的偏移量进行调整，对生长面再次进行平面磨，直到该端面偏离正晶向的角度小于0.5°；第三步，将CdS晶锭从铸铁托上取下，用高温蜡将已磨平的生长面贴在铸铁托上，用平面磨床将晶锭的剥离面磨平，然后将铸铁块装卡到滚圆磨床的样品台上，先对CdS晶锭进行滚圆，然后进行主参考面和副参考面制作；第四步，滚圆和参考面制作完成之后，将CdS晶锭从铸铁块上取下，用酒精将CdS晶锭擦洗干净，然后用真空吸附台将CdS晶锭吸附住，晶锭的主参考面朝下，主参考面与卡具水平面留有一定间隙，可以放下一个石墨条，在石墨条上涂覆上一层厚度约为5mm的固体胶，将石墨条放到该间隙中，使CdS晶锭主参考面与固体胶接触，固定台子侧面的螺丝，使石墨条固定，静置使固体胶凝固，CdS晶锭就粘贴在石墨条上，这样切割后的晶片会靠胶的作用不会脱离石墨条，可以防止切完的晶片掉落，或者发生倾斜与其他晶片发生磕碰而出现碎片事故；调整电火花切割机切割参数，对晶锭进行切割，脉冲宽度为15-20，脉间倍数为6-10，功放为4-6，进给速度为0.8-2.8mm/min；第五步，切割完成后，依次采用煤油浸泡、热酒精对切割后的晶片进行冲洗，然后将切割卡具放在温度为80℃的热水中，使胶软化，将晶片取下，进行下一步操作。本发明的有益效果是：利用平面磨床将晶锭生长面磨平，对其进行定向，定向完成后对晶锭进行滚圆，这样能保证最终切割片为圆形而非椭圆形；真空吸附台的设计，既能保证切割片的晶向偏差小于0.2°，又能防止切割片从卡具上掉落而摔碎。采用非接触式的电火花切割技术对n型CdS晶锭进行切割，可以大大的提高切割效率、减少碎片的产生。附图说明图1本发明电火花切割加工晶锭的示意图；图2为本发明CdS晶锭的示意图；图3为本发明CdS晶锭的剥离面与铸铁托粘贴在一起的示意图；图4为本发明CdS晶锭的生长面加工后的示意图；图5为本发明CdS晶锭的晶向偏离量调整后的示意图；图6为本发明CdS晶锭的生长面与铸铁托粘贴在一起的示意图；图7为本发明CdS晶锭的剥离面加工后的示意图；图8为本发明CdS晶锭进行滚圆的示意图；图9为本发明CdS晶锭进行参考面制作的示意图；图10为本发明晶锭固定到自制电火花切割机卡具上的示意图；图11为图10的侧视图；图12为真空吸附台的结构示意图。具体实施方式一种采用电火花切割技术快速切割CdS单晶体的方法，步骤如下：第一步，用高温蜡3将CdS晶锭1的剥离面1-1粘贴在一个总厚度变化小于5μm的铸铁托2上，用平面磨床将CdS晶锭1的生长面1-2磨平，如图2、图3所示。第二步，用X射线衍射仪对磨平的端面进行定向，根据晶向偏离（0001）的偏移量进行调整，对生长面1-2再次进行平面磨，直到该端面偏离正晶向的角度小于0.5°如图4、图5所示。第三步，将CdS晶锭1从铸铁托2上取下，用高温蜡3将已磨平的生长面1-2贴在铸铁托2上，用平面磨床将晶锭的剥离面1-1磨平，然后将铸铁块2装卡到滚圆磨床的样品台上，对CdS晶锭1进行滚圆和参考面制作，如图6、图7、图8、图9所示。第四步，将滚圆后的CdS晶锭1固定到电火花切割机4卡具4-1上，如图1、图10、图11所示，该卡具4-1材质为不锈钢，卡具4-1的水平面和竖直面垂直，竖直面上突出的部分为真空吸附台4-2，真空吸附台4-2面与卡具4-1的竖直面平行，且真空吸附台4-2台面的总厚度变化小于5μm，真空吸附台4-2上设有附气孔4-2-3、十字槽4-2-2和圆形刻槽4-2-4，目的是保证晶锭能够吸附牢固，在粘胶过程中位置不会移动。用真空吸附台4-2将CdS晶锭1吸附住，晶锭主参考面1-3朝下，主参考面1-3与卡具4-1水平面留有一定间隙，可以放下一个石墨条6，在石墨条6上涂覆上一层厚度约为5mm的固体胶5，将石墨条6放到该间隙中，使CdS晶锭1大参考面与固体胶5接触，固定台子侧面的螺丝，使石墨条6固定，静置使固体胶5凝固，CdS晶锭1就粘贴在石墨条6上，这样切割后的晶片会靠胶的作用不会脱离石墨条6，可以防止切完的晶片掉落，或者发生倾斜与其他晶片发生磕碰而出现碎片事故；调整电火花切割机4切割参数，对晶锭进行切割，脉冲宽度为15-20，脉间倍数为6-10，功放为4-6，进给速度为0.8-2.8mm/min。第五步，切割完成后，依次采用煤油浸泡、热酒精对切割后的晶片进行冲洗，然后将切割卡具4-1放在温度为80℃的热水中，使胶软化，将晶片取下，进行下一步操作。真空吸附台4-2为圆状体，在真空吸附台4-2一端面上，设有四个固定孔4-2-1，在四个固定孔4-2-1之间的台面上设有十字槽4-2-2，十字槽4-2-2交叉中心点为吸附气孔4-2-3，沿吸附气孔4-2-3向外的十字槽4-2-2上，间隔设有两道圆形刻槽4-2-4，十字槽4-2-2与两道圆形刻槽4-2-4相通，如图12所示。真空吸附台4-2的材质为有机玻璃。以下结合实施例对本发明进行详细说明。实施例1、电火花切割工艺参数的选择，脉冲宽度为17，脉间倍数为8，功放选择为5，进给速度为2.0mm/min。实施例2、电火花切割工艺参数的选择，脉冲宽度为15，脉间倍数为6，功放选择为4，进给速度为0.8mm/min。实施例3、电火花切割工艺参数的选择，脉冲宽度为20，脉间倍数为10，功放选择为6，进给速度为2.8mm/min。选择实施例1中的参数进行加工，可以将切割效率提升10倍，同时整个CdS晶锭1的切割过程中不会出现碎片现象，切割晶片的表面损伤状况较浅，可以在后续的加工工艺中去除。表1为电火花切割和常规的单线切割工艺结果对比。表1方法切割线CdS晶锭单片加工时间（min）TTV（μm）碎片率（%）晶向偏差（°）单线切割金刚线2506400.3-0.5电火花切割钼丝2530＜0.2从表1看出，传统的单线切割采用金刚线，金刚线在晶锭表面来回高速运动，对晶锭产生剧烈摩擦，使得材料碎裂并从母体表面脱落，单片切割的时间为250min/片，切割晶片的TTV为6μm，破片率为40%，切割片晶向偏移量往往为0.3-0.5°。电火花切割则采用钼丝作为电极，钼丝在晶片表面来回高速运动，依靠脉冲火花放电时的电热作用实现对晶锭的切割，但由于加工中钼丝与晶锭并不直接接触，所以并没有机械加工宏观的切削力，此方法，切割的时间为25min/片，切割晶片的TTV为3μm，加工过程中不会出现破片现象，并且切割片晶向偏差小于0.2°。当前第1页1 2 3