陸 峰，楊洪星，劉春香，趙 權(quán)

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所，天津 300220)

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鍺單晶成為了一種新的清潔能源材料。鍺單晶拋光片已成功地用于太陽(yáng)能電池領(lǐng)域。在鍺襯底上通過(guò)外延GaAs層而制造的Ge/GaAs太陽(yáng)能電池與硅太陽(yáng)能電池相比具有轉(zhuǎn)換效率高、耐輻射、壽命長(zhǎng)、溫度敏感性小等特點(diǎn)，另外Ge/GaAs太陽(yáng)能電池相對(duì)于傳統(tǒng)的GaAs/GaAs太陽(yáng)能電池來(lái)講具有質(zhì)量輕、成本低等優(yōu)點(diǎn)[1，2]。

空間輻射環(huán)境由地球輻射帶、太陽(yáng)宇宙射線和銀河宇宙射線組成。地球輻射部分為范艾倫輻射帶和人工輻射帶。人工輻射帶的內(nèi)輻射帶和外輻射帶主要由質(zhì)子和電子構(gòu)成，當(dāng)太陽(yáng)耀斑發(fā)生時(shí)，伴隨有大量高能帶電粒子的發(fā)射，所發(fā)射的高能帶電粒子稱之為太陽(yáng)宇宙射線。這此帶電粒子大部分由質(zhì)子組成。銀河宇宙射線是來(lái)自銀河各個(gè)方向的高能帶電粒子，絕大部分是質(zhì)子[3]。

相對(duì)于N型鍺單晶片，P型鍺單晶片的耐輻射性能更強(qiáng)，同時(shí)P型鍺單晶片主要用于制作P-Ge/GaAs/Al-GaAs多結(jié)太陽(yáng)電池，具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率，因此，P型鍺單晶片的研究受到了廣泛地關(guān)注。

本文研究了表面活性劑在P型鍺片磨削過(guò)程中的作用，減少了砂輪阻塞的現(xiàn)象，降低砂輪修整的頻率，提高了鍺磨削片的表面質(zhì)量。

1 試驗(yàn)

1.1 樣品

本試驗(yàn)所用鍺片的參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 樣品參數(shù)表

1.2 試驗(yàn)

在傳統(tǒng)的磨削設(shè)備中，僅用去離子水作為清洗劑，不能有效去除磨削過(guò)程中產(chǎn)生的各種顆粒，容易造成砂輪阻塞現(xiàn)象。

圖1 鍺片磨削示意圖

在本試驗(yàn)中，在去離子水管路中加入了一路表面活性劑管路，如圖1所示，將是否使用表面活性劑作為對(duì)比條件進(jìn)行工藝試驗(yàn)。整個(gè)磨削過(guò)程如：

(1)鍺片通過(guò)真空管路吸附于工作臺(tái)上，并在一定的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)，同時(shí)沿直線運(yùn)動(dòng)逐步接近砂輪；

(2)主軸以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并在垂直方向運(yùn)動(dòng)，逐步接近鍺片；

(3)程序自動(dòng)控制去離子水管路、表面活性劑管路接通(對(duì)于不使用表面活性劑的試驗(yàn)，此管路為常閉狀態(tài))，稀釋的表面活性劑從管路中流出；

(4)當(dāng)砂輪與鍺片互相接觸時(shí)，開(kāi)始對(duì)鍺片進(jìn)行磨削；

(5)當(dāng)鍺片厚度達(dá)到預(yù)定值時(shí)，主軸向上運(yùn)行到初始位置，程序控制去離子水管路、表面活性劑管路進(jìn)入斷開(kāi)狀態(tài)，工作臺(tái)退回到初始位置并停止轉(zhuǎn)動(dòng)；

(6)用去離子水沖洗鍺片；

(7)用甩干機(jī)甩干鍺片。

1.3 試驗(yàn)結(jié)果

1.3.1 砂輪阻塞頻率

表2給出了不同工藝條件下的阻塞頻率。

表2 阻塞頻率表

1.3.2 顯微鏡觀察結(jié)果

圖2為顯微鏡下鍺磨削片的觀察結(jié)果。

圖2 顯微鏡下鍺磨削片的觀察結(jié)果

2 討論

2.1 表面活性劑的作用機(jī)理

表面活性劑物質(zhì)具有吸附、潤(rùn)濕、滲透、分散、增溶等特性，表面活性劑降低液體表面張力的根本原因是通過(guò)吸附作用使水表面形成定向吸附層，以分子間吸引力較弱的疏水基(碳?xì)浠?代替分子間作用力較強(qiáng)的水分子使空氣和水的接觸面積減少，從而使水的表面張力急劇下降[5]。表面活性劑的潤(rùn)濕滲透作用的強(qiáng)弱是由親水基和憎水基種類不同、分子量大小和結(jié)構(gòu)的差異引起的。通常分為離子型與非離子型，在微電子行業(yè)，多用非離子型表面活性劑。非離子表面活性劑具有如下優(yōu)點(diǎn)：①它在水溶液中以分子狀態(tài)存在，穩(wěn)定性好，不受強(qiáng)電解質(zhì)存在的影響，也不受酸堿的影響；②在固體表面難以發(fā)生強(qiáng)烈吸附；③有較好的相容性。

2.2 表面活性劑對(duì)砂輪阻塞現(xiàn)象的影響

砂輪在一定的壓力作用下與鍺片接觸進(jìn)行磨削，在磨削過(guò)程中產(chǎn)生的碎屑吸附于鍺片表面、砂輪表面，同時(shí)有一部分被磨削液帶走。

在常規(guī)工藝中，由于僅采用去離子水作為磨削液，僅能帶走一小部分磨削碎屑，剩余的大部分碎屑吸附于鍺片表面以及砂輪表面，隨著加工的晶片數(shù)量增多，聚積于砂輪表面的碎屑將造成砂輪的阻塞，若繼續(xù)磨削晶片，晶片表面的磨削紋將發(fā)生變化，同時(shí)，由于砂輪被阻塞，也影響了砂輪的磨削效率，此時(shí)，必須利用修整輪對(duì)砂輪進(jìn)行修整。

在去離子水中加入表面活性劑作為磨削液，首先，磨削過(guò)程中產(chǎn)生的碎屑與磨削液中的表面活性劑接觸，并被表面活性劑分子包圍(如圖3所示)，更容易被磨削液帶走；其次，表面活性劑分子在鍺片表面、砂輪表面分別形成一層保護(hù)膜，對(duì)碎屑有阻擋作用，從而可延長(zhǎng)砂輪的有效工作時(shí)間，降低砂輪阻塞現(xiàn)象發(fā)生的頻率。從表2可以看出，增加表面活性劑后降低了砂輪阻塞頻率。

圖3 顯微鏡下鍺磨削片的觀察結(jié)果

3 結(jié)論

在鍺片的的磨削工藝中引入表面活性劑，可有效減少砂輪阻塞現(xiàn)象，降低砂輪修整的頻率，降低鍺片的劃傷率，提高了鍺磨削片的表面質(zhì)量。

[1] 劉春香，楊洪星，呂菲，趙權(quán).鍺片化學(xué)機(jī)械拋光特性分析[J].中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2008，3(1):101-104.

[2] 呂菲，劉春香，楊洪星.鍺單晶片的堿性腐蝕特性分析[J].半導(dǎo)體技術(shù)，2007，32(11):967-969.

[3] 鄧志杰，鄭安生，半導(dǎo)體材料[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.30.

[4] 張新輝.GaAs/Ge太陽(yáng)電池抗電子輻射研究[J].電源技術(shù)，2004，28(1):17-21.

[5] 鄭忠.表面活性劑的物理化學(xué)原理[J].廣州：華南理工大學(xué)出版社，1995.