Способи кристалографічної переорієнтації монокристалічного тіла

Реферат: Пропонується спосіб зміни кристалографічної орієнтації монокристалічного тіла, який включає етапи вивчення кристалографічної орієнтації монокристалічного тіла і обчислення кута неузгодженої орієнтації між вибраним кристалографічним напрямком даного монокристалічного тіла і проекцією цього кристалографічного напрямку на площину першої зовнішньої основної поверхні монокристалічного тіла. Цей спосіб додатково включає видалення матеріалу з щонайменше частини вказаної першої зовнішньої основної поверхні для зміни кута неузгодженої орієнтації. UA 98967 C2 (12) UA 98967 C2 UA 98967 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Галузь техніки Даний винахід загалом стосується монокристалічних субстратів і способів завершальної обробки таких субстратів. Рівень техніки Напівпровідникові компоненти на основі монокристалічних нітридів елементів з Групи III і Групи V є ідеальними для таких приладів, як випромінюючі світло діоди (LED), лазерні діоди (LD), дисплеї, транзистори і детектори. Зокрема, напівпровідникові елементи, що використовують нітридні сполуки Групи III і Групи V, застосовуються для випромінюючих світло приладів в УФ діапазоні і синє/зеленому діапазоні довжини хвилі. Наприклад, галію нітрид (GaN) і споріднені матеріали, такі як AIGaN, InGaN та їх комбінації, є найбільш поширеними прикладами нітридних напівпровідникових матеріалів, що користуються високим попитом. Однак виготовлення злитків і субстратів з певних напівпровідникових матеріалів виявилось складним з багатьох причин. Відповідно, епітаксіальне вирощування напівпровідникових матеріалів на чужорідних матеріалах-субстратах вважається життєздатною альтернативою. Субстрати, що включають SiC (карбід кремнію), АІ 2О3 (сапфір чи корунд) і МgАІ2О4 (шпінель), є поширеними чужорідними матеріалами-субстратами. Такі чужорідні субстрати мають іншу структуру кристалічної решітки, ніж нітридні напівпровідникові матеріали, зокрема GaN, а отже мають невідповідність параметрів кристалічних решіток. Не дивлячись на таку невідповідність і супутні проблеми, такі як напруження і дефекти в нарощуваному шарі напівпровідникових матеріалів, промисловість продовжує розробляти технології отримання субстратів з поліпшеною придатністю для напівпровідникових застосувань. Наразі існує великий інтерес до високоякісних субстратів з великою площею поверхні, зокрема до сапфірних субстратів. Однак залишаються невирішені проблеми при виготовленні високоякісних субстратів у великих розмірах. Суть винаходу Згідно першому аспекту даного винаходу, пропонується спосіб зміни кристалографічної орієнтації монокристалічного тіла, який включає етапи вивчення кристалографічної орієнтації монокристалічного тіла і обрахування кута неузгодженості орієнтації між обраним кристалографічним напрямком монокристалічного тіла і проекцією цього кристалографічного напрямку на площину першої зовнішньої основної поверхні монокристалічного тіла. Цей спосіб включає також видалення матеріалу з щонайменше частини першої зовнішньої основної поверхні для зміни кута неузгодженості орієнтації. Згідно іншому аспекту даного винаходу, пропонується спосіб для кристалографічної переорієнтації монокристалічного тіла, який включає вивчення монокристалічного тіла шляхом кореляції кристалографічної орієнтації монокристалічного тіла з орієнтацією початкової першої зовнішньої основної поверхні цього тіла і видалення матеріалу з вказаної початкової першої зовнішньої основної поверхні для встановлення модифікованої першої зовнішньої основної поверхні, що є непаралельною початковій першій зовнішній основній поверхні, з метою зміни кристалографічної орієнтації даного монокристалічного тіла. Згідно іншому аспекту даного винаходу, пропонується апарат для змінювання кристалографічної орієнтації монокристалічного тіла, який включає стіл такої конфігурації, щоб утримувати монокристалічне тіло, який має здатність змінювати нахил через певні інтервали відносно щонайменше однієї осі, рентгенівську пушку, спрямовану на стіл, і рентгенівський детектор, розміщений так, щоб виявляти рентгенівські промені, заломлені монокристалічним тілом. Такий апарат додатково включає шліфувальну головку такої конфігурації, щоб вона розміщувалась над монокристалічним тілом, що знаходиться на столі, і контактувала з ним; при цьому шліфувальна головка може обертатись навколо осі і зміщуватись в напрямку цієї осі. Згідно іншому аспекту даного винаходу, пропонується система для здійснення операцій на монокристалічному тілі по видаленню матеріалу під кутом, яка включає модуль вивчення монокристалічного тіла, що має рентгенівську пушку, спрямовану на стіл для вивчення монокристалічного тіла, рентгенівський детектор, розміщений так, щоб виявляти рентгенівські промені, заломлені монокристалічним тілом, що лежить на столі, і пристрій для виведення даних такої конфігурації, щоб забезпечувати отримання даних щодо кристалографічної орієнтації монокристалічного тіла із заломлених рентгенівських променів на рентгенівському детекторі. Така система додатково включає стіл обробки, що має перший виконавчий механізм, на вхід якого поступає командний сигнал і який має таку конфігурацію, щоб регулювати орієнтацію столу для обробки під час операції по видаленню матеріалу під кутом у відповідності до командного сигналу. Передбачений також модуль обробки даних, вхід якого з'єднаний з виходом модуля вивчення монокристалічного тіла, що має таку конфігурацію, щоб отримувати дані вивчення монокристалічного тіла; при цьому вихід модуля обробки даних з'єднаний зі 1 UA 98967 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 входом першого виконавчого механізму для забезпечення командного сигналу на основі порівняння між даними вивчення монокристалічного тіла і попередньо визначеною кристалографічною орієнтацією. Короткий опис малюнків Даний опис буде краще зрозумілим, а його численні відмінні особливості і переваги будуть більш очевидними для спеціалістів в цій галузі після ознайомлення з супроводжуючими малюнками. На Фіг. 1 представлена блок-схема процесу кристалографічної переорієнтації монокристалічного тіла згідно одному варіанту здійснення даного винаходу. На Фіг. 2 представлена блок-схема іншого процесу кристалографічної переорієнтації монокристалічного тіла згідно одному варіанту здійснення даного винаходу. На Фіг. 3A-3D показані в перспективі монокристалічне тіло і стіл, придатний для процесу видалення матеріалу згідно одному варіанту здійснення даного винаходу. На Фіг. 4А-4Е показана орієнтація монокристалічного тіла на столі для здійснення процесу видалення матеріалу під кутом згідно одному варіанту здійснення даного винаходу. На Фіг. 4F показаний поперечний розріз монокристалічного тіла згідно одному варіанту здійснення даного винаходу. На Фіг. 5 представлено вид зверху, який показує сапфірову монокристалічну пластину, що має загалом с-площинну орієнтацію, і реперну площину згідно одному варіанту здійснення даного винаходу. На Фіг. 6А показаний вид в перспективі сапфірового монокристалічного тіла і конкретні кути неузгодженої орієнтації згідно одному варіанту здійснення даного винаходу. На Фіг. 6В показаний поперечний розріз сапфірового монокристалічного тіла по осі X і зміна кутів неузгодженої орієнтації згідно одному варіанту здійснення даного винаходу. На Фіг. 6С показаний вид в перспективі сапфірового монокристалічного тіла і конкретні кути неузгодженої орієнтації згідно одному варіанту здійснення даного винаходу. На Фіг. 6D показаний поперечний розріз сапфірового монокристалічного тіла по осі У і відповідні кути неузгодженої орієнтації згідно одному варіанту здійснення даного винаходу. На Фіг. 7 представлена схема системи для здійснення операцій по видаленню матеріалу під кутом з монокристалічного тіла згідно одному варіанту здійснення даного винаходу. На Фіг. 8 представлена детальна схема частини системи з Фіг. 7 згідно одному варіанту здійснення даного винаходу. На Фіг. 9 показано вид в перспективі апарату для кристалографічної переорієнтації монокристалічного тіла згідно одному варіанту здійснення даного винаходу. Використання тих самих позначень на різних малюнках означає подібні чи ідентичні позиції. Докладний опис винаходу На Фіг. 1 представлена блок-схема способу кристалографічної переорієнтації монокристалічного тіла. Процес починається на етапі 101 зі сплощення бокової поверхні листа монокристалічного матеріалу. У відповідності до цього конкретного процесу монокристалічне тіло є листом монокристалічного матеріалу. Термін лист чи лист монокристалічного матеріалу, як він тут використовується, стосується монокристалічного артикулу, що має загалом полігональні контури і, зокрема, протилежні, загалом прямокутні основні поверхні. Більш того, лист монокристалічного матеріалу є загалом більшим куском матеріалу, з якого можна вирізати диск чи менший монокристалічний об'єкт. Монокристалічне тіло може бути отримане за допомогою відповідних методик формування кристалів, таких як процес вирощування профільного кристалу з обмеженням краю і підживленням розплаву (EFG) чи метод Куропулоса. При конкретному посиланні на сплощення бокової поверхні листа сплощення може включати процес видалення матеріалу. Придатний процес сплощення включає процес шліфування, такий як процес грубого шліфування чи процес тонкого шліфування. У відповідності до одного варіанту здійснення, сплощення бокової поверхні листа включає процес грубого шліфування з використанням шліфувального круга з фіксованим абразивом і, зокрема, зв'язаним абразивом. Загалом, монокристалічне тіло включає неорганічний матеріал. Придатними неорганічними матеріалами можуть бути оксиди, нітриди, карбіди та їх комбінації. В одному конкретному варіанті здійснення монокристалічне тіло включає оксид металу, наприклад оксид алюмінію, чи змішані оксиди та їх комбінації. Більш конкретно, монокристалічне тіло є сапфіровим тілом, що містить тільки глинозем. Як описується далі, сапфірові монокристалічні матеріали мають кілька кристалографічних площин і відповідних напрямків. При посиланні на конкретні орієнтації сапфірових монокристалічних тіл, типові площини у вказаному сапфіровому тілі включають с-площину, r 2 UA 98967 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 площину, n-площину, а-площину і m-площину. В залежності від бажаного застосування монокристалічного тіла певні орієнтації є бажаними. Лист монокристалічного матеріалу може мати загалом полігональну форму і, зокрема, загалом прямокутні частини, а отже характеризується такими розмірами, як довжина, ширина і товщина. Типово, довжина є найбільшим розміром; вона може бути рівною ширині чи товщині або перевищувати їх. Ширина листа є типово другим за величиною розміром і типово є більшою, ніж товщина. Товщина є найменшим розміром і типово менша за довжину і ширину. Загалом, довжина листа є не меншою, ніж приблизно 7,5 см. У відповідності до інших варіантів здійснення, довжина листа є більшою, такою як не менша ніж приблизно 25 см або не менша ніж приблизно 50 см, не менша ніж приблизно 75 см чи навіть не менша ніж приблизно 100 см. Загалом довжина листа монокристалічного матеріалу не перевищує приблизно 200 см. Ширина листа монокристалічного матеріалу загалом не менша ніж приблизно 7,5 см. В інших варіантах здійснення можуть використовуватись листи більшої ширини, такої як не менше ніж приблизно 10 см або не менше ніж приблизно 15 см чи навіть не менше ніж приблизно 50 см. Як вже описувалось, товщина загалом є найменшим розміром, і лист монокристалічного матеріалу типово має товщину не меншу ніж 0,5 мм перед обробкою. В інших варіантах здійснення можуть використовуватись листи більшої товщини, наприклад листи з товщиною не меншою ніж приблизно 1 мм або не меншою ніж 2 мм чи навіть не меншою ніж приблизно 5 мм. Загалом, товщина листа монокристалічного матеріалу є не більшою ніж приблизно 20 мм. Після сплощення першої бокової поверхні листа на етапі 101 сплощенню може бути піддана також протилежна бокова поверхня листа монокристалічного матеріалу. Як такий, цей етап сплощення типово включає ті самі процеси, які використовуються для сплощення першого боку листа, і зокрема процес шліфування. Як видно з Фіг. 1, після сплощення бокової поверхні листа на етапі 101 процес продовжується на етапі 103 вивченням цієї бокової поверхні листа монокристалічного матеріалу для ідентифікації реперної площини. Методи вивчення можуть включати прямі методи вивчення, які передбачають вимірювання безпосередньо з поверхні, або альтернативно процес вивчення може включати непряму методику, коли орієнтація кристалу визначається шляхом вимірювань на іншій поверхні. У відповідності до одного варіанту здійснення, процес вивчення бокової поверхні листа може здійснюватись методом рентгенівської дифракції. При посиланні на вивчення бокової поверхні листа монокристалічного матеріалу для ідентифікації реперної площини, в конкретному контексті сапфірових монокристалів, загалом ідентифікація реперної площини включає ідентифікацію а-площини, r-площини чи m-площини. Однак має бути зрозумілим, що в якості реперної може бути використана будь-яка з раніше згадуваних площин в залежності від бажаної орієнтації монокристалічного тіла. Після вивчення бокової поверхні листа на етапі 103 процес може продовжитись видаленням матеріалу з цієї бокової поверхні листа для зіставлення цієї бокової поверхні листа з ідентифікованою реперною площиною на етапі 105. Видалення матеріалу з бокової поверхні листа може включати типові абразивні процеси, такі як шліфування, і зокрема процес грубого шліфування чи процес тонкого шліфування. У відповідності до конкретного варіанту здійснення, придатний процес шліфування включає використання фіксованого абразиву, такого як шліфувальний круг. Крім того, після ідентифікації реперної площини лист може бути встановлений під кутом так, що при видаленні матеріалу він видаляється таким чином, що бокова поверхня листа зіставляється з ідентифікованою реперною площиною. Такий процес є придатним для орієнтації бокової поверхні листа і, якщо так обирається, після видалення з листа менших кусків монокристалічного матеріалу, таких як диск; такі диски є правильно орієнтованими по відношенню до ідентифікованої реперної площини. Після видалення матеріалу з бокової поверхні листа на етапі 105 процес продовжується видаленням поверхневого шару (так званого скін-шару) з початкової першої зовнішньої основної поверхні і початкової другої зовнішньої основної поверхні листа на етапі 107. Як вже описувалось, типово лист може мати загалом полігональну форму з протилежними і загалом прямокутними основними поверхнями, якими є перша зовнішня основна поверхня і друга зовнішня основна поверхня. Видалення поверхневого шару на етапі 107 може включати загалом абразивні процеси, такі як процеси шліфування, і зокрема процес тонкого шліфування. Загалом, видалення поверхневого шару включає видалення не більше ніж приблизно 2 мм матеріалу з початкової першої зовнішньої основної поверхні і початкової другої зовнішньої основної поверхні. Має бути зрозумілим, що всі вищеописані процеси, а саме процеси на етапі 101, етапі 103, етапі 105 та етапі 107, можуть здійснюватись на окремих листах 3 UA 98967 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 монокристалічного матеріалу або, альтернативно, вони можуть здійснюватись на певній кількості листів. До того ж, такі етапи можуть бути взаємозамінними. Після видалення поверхневого шару на етапі 107 процес продовжується вивченням початкової першої зовнішньої основної поверхні на етапі 109. У відповідності до одного варіанту здійснення, процес вивчення може здійснюватись методами дифракції, такими як, наприклад, рентгенівська дифракція. Зокрема, вивчення початкової першої зовнішньої основної поверхні може включати кореляцію кристалографічної орієнтації монокристалічного тіла з орієнтацією початкової першої зовнішньої основної поверхні. Тобто, загальна орієнтація конкретних кристалографічних площин і напрямків монокристалічного тіла можуть порівнюватись з орієнтацією початкової першої зовнішньої основної поверхні. В кінці такого вивчення типово ідентифікуються одна чи більше вибраних кристалографічних площин і порівнюється з площиною, яка визначається першою початковою зовнішньою основною поверхнею. При здійсненні цього ідентифікуються один чи більше кутів неузгодженої орієнтації. Термін "кут неузгодженої орієнтації", як він тут використовується, визначається як кут між напрямком, що є нормальним до обраної кристалографічної площини в межах монокристалічного тіла, і вибраною проекцією відповідного кристалографічного напрямку на поверхні першої зовнішньої основної поверхні і другої зовнішньої основної поверхні. В подальшому описуванні кристалографічної орієнтації монокристалічного тіла також використовується термін "кут нахилу". Як такий, кут нахилу - це специфічний термін, який описує кут, утворений між вектором, нормальним до поверхні монокристалічного тіла, і напрямком, нормальним до обраної кристалографічної площини, що описує загальну орієнтацію цього монокристалічного тіла. Наприклад, в конкретному контексті сапфірового монокристалу, перша зовнішня основна поверхня монокристалічного тіла може мати загалом с-площинну орієнтацію. Відповідно, кут нахилу описує тільки взаємовідношення між вектором, нормальним до кристалографічної с-площини, і вектором, нормальним до поверхні монокристалічного тіла. Типово, така с-площинна орієнтація не є точно копланарною з першою зовнішньою основною поверхнею монокристалічного тіла, і, що характерно, с-площина є орієнтованою таким чином, що вона нахиляється до іншої кристалографічної площини (наприклад, m-площини, а-площини). В дійсності, орієнтація с-площини може включати виготовлений або навмисний кут нахилу загалом площинної поверхні від с-площини в різних напрямках. Для більшої ясності, кут нахилу є тільки вимірюванням з використанням вектору, нормального до поверхні монокристалічного тіла, тоді як кут неузгодженої орієнтації може описувати кут між проекцією (тобто, перпендикуляром до площини чи в межах площини) монокристалічного тіла і напрямком, нормальним до будь-якого з численних обраних кристалографічних напрямків. Як такі, кут неузгодженої орієнтації і кут нахилу можуть бути одним і тим самим кутом, коли йдеться про обрану кристалографічну площину, яка описує загальну орієнтацію монокристалічного тіла. У відповідності до одного конкретного варіанту здійснення, монокристалічним тілом є сапфірове монокристалічне тіло, що має загалом с-площинну орієнтацію з нахилом від сплощини під кутом нахилу, який не перевищує приблизно 5,0°. В інших варіантах здійснення може використовуватись сапфіровий монокристал, що має с-площинну орієнтацію з відхиленням від с-площини під кутом нахилу, який не перевищує приблизно 3,0°, таким як не більший ніж приблизно 2,0° чи навіть не більший ніж приблизно 1,0°. Типово, кут нахилу є не меншим ніж приблизно 0,02° чи не меншим ніж 0,05°. Більш того, слід зазначити, що для певних застосувань бажаним є певний ступінь кута нахилу, тобто такий, щоб с-площина була навмисно не копланарною з першою зовнішньою основною поверхнею монокристалічного тіла. Після вивчення початкової першої зовнішньої основної поверхні на етапі 109 процес продовжується на етапі 111 видаленням матеріалу з вказаної початкової першої зовнішньої основної поверхні для встановлення модифікованої першої зовнішньої основної поверхні. Характерно, що площина, встановлювана модифікованою першою зовнішньою основною поверхнею, не є паралельною до площини, що визначається початковою першою зовнішньою основною поверхнею. Отже, процес видалення матеріалу на етапі 111 може включати видалення матеріалу з початкової першої зовнішньої основної поверхні під кутом. Тобто, поверхню монокристалічного тіла нахиляють чи розміщують під кутом під час процесу видалення матеріалу. Такий процес сприяє кристалографічній переорієнтації монокристалічного тіла, а також новому визначенню кутів неузгодженої орієнтації. У відповідності до одного варіанту здійснення даного винаходу, процес видалення матеріалу може здійснюватись як процес шліфування, зокрема процес шліфування під кутом. В одному конкретному варіанті здійснення, і як буде показано в подальших варіантах, під час процесу шліфування монокристалічне тіло може фіксуватись в нахиленому положенні по одній чи більше осей відносно поверхні шліфування для здійснення операції шліфування під кутом. 4 UA 98967 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Альтернативно, поверхня шліфування може бути нахиленою по одній чи більше осей відносно поверхні монокристалічного тіла. Під час операції видалення матеріалу під кутом напрямок, нормальний до початкової першої зовнішньої основної поверхні монокристалічного тіла може визначати першу вісь, а напрямок, нормальний до поверхні шліфування, може визначати другу вісь. Кут між першою віссю і другою віссю визначає також кут між початковою першою зовнішньою основною поверхнею і поверхнею шліфування під час операції видалення матеріалу. Як такі, оскільки початкова перша зовнішня основна поверхня нахилена під кутом до поверхні шліфування, перша вісь і друга вісь знаходяться під кутом одна до одної і, отже, не є коаксіальними. Типово, кут між цими осями не перевищує приблизно 30°, а більш типово він не перевищує приблизно 15°. В інших варіантах здійснення під час шліфування використовується менший кут, такий як не більший ніж приблизно 10°, чи не більший ніж приблизно 5°, чи навіть не більший ніж приблизно 1°. Для більшої ясності, абразиви загалом можна класифікувати як вільні абразиви і фіксовані чи зв'язані абразиви. Вільні абразиви загалом складаються з абразивних зерен чи дрібних часточок у вигляді порошку або у вигляді суспензії в рідкому середовищі. Фіксовані абразиви загалом відрізняються від вільних абразивів тим, що абразивні часточки знаходяться в матриці матеріалу, яка фіксує їх положення відносно одна одної. Фіксовані абразиви загалом включають зв'язані абразиви і покриті абразиви. Прикладом покритого абразиву є наждачний папір; покриті абразиви типово є площинними листами (або якоюсь геометричною модифікацією площинних листів з утворенням пасків, полотнищ і т.п.), основою яких є гнучкий субстрат, на який нанесені абразивні часточки різного розміру і покриття. З іншого боку, зв'язані абразиви загалом не наносяться на такий субстрат. В цьому випадку абразивні часточки фіксуються в положенні відносно одна одної за рахунок матриці зв'язувального матеріалу, в якій ці часточки розподілені. Такі зв'язані абразивні компоненти загалом формуються і піддаються термічній обробці при температурі вулканізації зв'язувальної матриці (типово вище 750 °C), при якій зв'язувальна матриця розм'якшується, тече і зволожує абразивні часточки, після чого їх охолоджують. Можуть використовуватись різні тривимірні форми, такі як кільцева, конічна, циліндрична, форма усіченого конусу і різноманітні полігональні форми, які можуть формуватись як шліфувальні круги, шліфувальні блоки, бурові долота і т.п. В конкретних процесах шліфування, описаних тут, використовуються фіксовані абразивні компоненти у вигляді зв'язаних абразивів. У відповідності до одного варіанту здійснення, процес видалення матеріалу включає процес грубого шліфування. Загалом, в процесі грубого шліфування може використовуватись фіксований грубий абразив, який включає грубі абразивні зерна і матрицю зв'язувального матеріалу. Грубі абразивні зерна можуть бути звичайними абразивними зернами, такими як кристалічні матеріали чи керамічні матеріали, включаючи глинозем, кремнезем, карбід кремнію, цирконієвий корунд і т.п. Додатково чи в якості альтернативи грубі абразивні зерна можуть включати суперабразивні зерна, в тому числі алмаз, нітрид бору і їх суміші. В певних варіантах здійснення передбачається використання саме суперабразивних зерен. У варіантах здійснення, в яких знаходять застосування суперабразивні зерна, несуперабразивні керамічні матеріали, такі як згадані вище, можуть використовуватись в якості наповнювача. В подальших посиланнях на грубий абразив зерна грубого абразиву можуть мати середній розмір часток, не більший ніж приблизно 300 мікронів, такий як не більший ніж приблизно 200 мікронів чи навіть не більший ніж приблизно 100 мікронів. У відповідності до одного конкретного варіанту здійснення, середній розмір часток грубих абразивних зерен знаходиться в межах від приблизно 2,0 мікронів до приблизно 300 мікронів, наприклад в межах від приблизно 10 мікронів до 200 мікронів, а більш точно - від приблизно 10 мікронів до 100 мікронів. Типові грубі зерна мають середній розмір часток в межах від приблизно 25 мікронів до 75 мікронів. Як вже описувалось, грубий абразив включає матрицю зі зв'язувального матеріалу. Загалом, для матриці може використовуватись органічний чи неорганічний матеріал. Придатні органічні матеріали можуть включати такі матеріали, як смоли. Придатні неорганічні матеріали можуть включати кераміку, скло, метали чи сплави металів. Придатні керамічні матеріали загалом включають оксид, карбіди і нітриди. Особливо придатні скляні матеріали можуть включати оксиди. Придатні метали включають залізо, алюміній, титан, бронзу, нікель, срібло, цирконій, їх сплави і т.п. В одному варіанті здійснення грубий абразив включає не більше ніж приблизно 90 об. % зв'язувального матеріалу, наприклад не більше ніж приблизно 85 об. % зв'язувального матеріалу. Типово, грубий абразив включає не менше ніж приблизно 30 об. % зв'язувального матеріалу чи навіть не менше ніж приблизно 40 об. % зв'язувального матеріалу. В одному конкретному варіанті здійснення грубий абразив включає кількість зв'язувального матеріалу в межах від приблизно 40 об. % до 90 об. %. Приклади конкретних абразивних кругів 5 UA 98967 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 включають ті, що описані в патентах США №№ 6,102,789, 6,093,092 і 6,019,668, включених в цей опис за посиланням. Загалом, процес грубого шліфування включає встановлення необробленого монокристалічного тіла на держаку і обертання монокристалічного тіла відносно грубої абразивної поверхні. В одному конкретному варіанті здійснення шліфувальний круг може мати абразивний ободок по периферії. Монокристалічне тіло може обертатись по відношенню до шліфувального круга, і таке обертання може здійснюватись в тому ж напрямку, що й обертання шліфувального кругу, чи в протилежному напрямку, а шліфування відбувається завдяки зміщенню осей обертання. У відповідності до одного варіанту здійснення, процес шліфування включає обертання абразивного кругу зі швидкістю, що перевищує приблизно 2000 обертів за хвилину (об./хв.), наприклад більшою ніж приблизно 3000 об./хв., скажімо в межах від 3000 до 6000 об./хв. Типово, при цьому використовується рідкий охолоджувач, вибраний з водних чи органічних охолоджувачів. В одному конкретному варіанті здійснення застосовується груба абразивна поверхня з властивістю самозаточки. На відміну від багатьох звичайних фіксованих абразивів, абразив з властивістю самозаточки загалом не вимагає правки чи додаткового кондиціювання при застосуванні і тому особливо підходить для точного стабільного шліфування. У зв'язку з забезпеченням властивості самозаточки матриця зі зв'язувального матеріалу може мати особливий склад, пористість і концентрацію зерен для досягнення бажаного злому матриці зв'язувального матеріалу, коли в абразивних зернах розвиваються кромки зношення. Тобто, матриця з такого зв'язувального матеріалу ламається, коли через підвищення зусилля навантаження на матрицю розвиваються кромки зношення. Бажано, щоб зломи матриці приводили до втрати зношених абразивних зерен і відкривали свіжі зерна і зв'язані з ними ріжучі кромки. Зокрема, матриця зв'язувального матеріалу з властивістю самозаточки грубого 1/2 абразиву можуть мати зломостійкість не меншу ніж приблизно 6,0 Мпа-м , наприклад не 1/2 1/2 1/2 меншу ніж приблизно 5,0 Мпа-м , чи краще в межах від приблизно 1,0 Мпа-м до 3,0 Мпа-м . Загалом, грубий абразив з властивістю самозаточки частково заміщує зв'язувальний матеріал порами, типово взаємопов'язаними між собою порами. Відповідно, дійсний вміст зв'язувального матеріалу зменшується відносно наведених вище величин. В одному конкретному варіанті здійснення грубий абразив має пористість, не меншу ніж приблизно 20 об. %, наприклад не меншу ніж приблизно 30 об. %, при типовому діапазоні від приблизно 30 об. % до приблизно 80 об. %, наприклад від приблизно 30 об. % до приблизно 70 об. %. У відповідності до одного варіанту здійснення, грубий абразив має пористість не меншу ніж приблизно 20 об. %, таку як не менша ніж приблизно 30 об. %, при типовому діапазоні від приблизно 30 об. % до приблизно 80 об. %, наприклад від приблизно 30 об. % до приблизно 70 об. %. У відповідності до одного варіанту здійснення, грубий абразив має пористість від приблизно 50 об. % до приблизно 70 об. %. Має бути зрозумілим, що пори можуть бути відкритими чи закритими і що в грубих абразивах, які мають вищий відсоток пористості, пори загалом є відкритими, взаємно з'єднаними. Розмір пор загалом може бути в межах від приблизно 25 мікронів до приблизно 500 мікронів, наприклад від приблизно 150 мікронів до приблизно 500 мікронів. Попередні цифри у відношенні пор і ті, що наведені тут, визначаються різними компонентами попередньої обробки чи попереднього шліфування. У відповідності до одного варіанту здійснення, вміст грубого абразивного зерна обмежується з метою подальшого поліпшення здатності до самозаточки. Наприклад, грубий абразив містить не більше ніж приблизно 50 об. %, не більше ніж приблизно 40 об. %, не більше ніж приблизно 30 об. %, не більше ніж приблизно 20 об. % чи навіть не більше ніж приблизно 10 об. % грубих абразивних зерен. В одному конкретному варіанті здійснення грубий абразив включає не менше ніж приблизно 0,5 об. % і не більше ніж приблизно 25 об. % грубих абразивних зерен, наприклад в межах від приблизно 1,0 об. % до не більше ніж приблизно 15 об. % грубих абразивних зерен, чи краще в межах від приблизно 2,0 об. % до не більше ніж приблизно 10 об. % грубих абразивних зерен. Під час процесу видалення матеріалу під кутом, який використовується для кристалографічної переорієнтації, загалом не менше ніж приблизно 200 мікронів матеріалу видаляються з першої зовнішньої основної поверхні для встановлення модифікованої першої зовнішньої основної поверхні. В інших варіантах здійснення може видалятись більша кількість матеріалу в залежності від бажаної орієнтації, наприклад не менше ніж приблизно 300 мікронів або не менше ніж приблизно 400 мікронів матеріалу. Типово, кількість матеріалу, яка видаляється для встановлення модифікованої першої зовнішньої основної поверхні, не перевищує приблизно 700 мікронів. Оскільки процес видалення матеріалу під кутом може видаляти різні кількості матеріалу з різних частин поверхні, то має бути зрозумілим, що, коли 6 UA 98967 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 йдеться про кількість видаленого матеріалу, наведені цифри представляють найбільшу кількість матеріалу, видаленого з якоїсь частини поверхні монокристалічного тіла. Після завершення процесу видалення матеріалу під кутом для встановлення модифікованої першої зовнішньої основної поверхні на етапі 111 процес продовжується на етапі 113 вивченням початкової другої зовнішньої основної поверхні. Як вже описувалось, загалом початкова друга зовнішня основна поверхня має протилежну основну площину чи поверхню першої зовнішньої основної поверхні. Вивчення початкової другої зовнішньої основної поверхні може здійснюватись у відповідності до процесу, описаного вище по відношенню до вивчення початкової першої зовнішньої основної поверхні. Альтернативно, вивчення початкової другої зовнішньої основної поверхні може бути факультативним процесом, коли кристалографічна орієнтація монокристалічного тіла є відомою завдяки вивченню початкової першої зовнішньої основної поверхні і кут неузгодженої орієнтації може бути обрахований і відрегульований на основі першого вивчення. Відповідно, після факультативного вивчення початкової другої зовнішньої основної поверхні на етапі 113 процес продовжується на етапі 115 видаленням матеріалу з вказаної початкової другої зовнішньої основної поверхні для встановлення модифікованої другої зовнішньої основної поверхні. Має бути зрозумілим, що видалення матеріалу з початкової другої зовнішньої основної поверхні для встановлення модифікованої другої зовнішньої основної поверхні може включати ті ж процеси, які були описані вище для етапу 111. Характерно, що монокристалічне тіло може знаходитись під кутом по відношенню до поверхні шліфування, так що матеріал видаляється під кутом з початкової другої зовнішньої основної поверхні для встановлення модифікованої другої зовнішньої основної поверхні, чим забезпечується кристалографічна переорієнтація монокристалічного тіла і зміна кута неузгодженої орієнтації. При конкретному посиланні на кути неузгодженої орієнтації, загалом до здійснення видалення матеріалу з початкової першої і початкової другої зовнішніх основних поверхонь, кути неузгодженої орієнтації загалом перевищують приблизно 0,05°. У відповідності до одного варіанту здійснення кути неузгодженої орієнтації є більшими до здійснення процесу видалення матеріалу, наприклад більшими ніж приблизно 0,1°, чи більшими ніж приблизно 0,2°, чи навіть більшими ніж приблизно 0,3°. Однак після здійснення процесу видалення матеріалу для встановлення модифікованих поверхонь і забезпечення кристалографічної переорієнтації, кут неузгодженої орієнтації може бути зменшений, так що неузгоджена орієнтація не буде загалом перевищувати приблизно 0,05°. В інших варіантах здійснення кути неузгодженої орієнтації можуть бути меншими після видалення матеріалу, такими що не перевищують приблизно 0,04°, не перевищують приблизно 0,03° чи навіть не перевищують приблизно 0,02°. Як таке, видалення матеріалу для встановлення модифікованої першої зовнішньої основної поверхні і модифікованої другої зовнішньої основної поверхні загалом змінює один чи більше кутів неузгодженої орієнтації на величину дельта (Д), яка є не меншою ніж приблизно 0,01°. В інших варіантах здійснення існує можливість змінювати кут неузгодженої орієнтації на більшу величину дельта, наприклад не меншу ніж приблизно 0,05°, чи не меншу ніж приблизно 0,1°, чи не меншу ніж приблизно 0,2°, чи навіть не меншу ніж приблизно 0,5°. Загалом, зміна одного чи більше кутів неузгодженої орієнтації не перевищує приблизно 10°, а точніше не перевищує приблизно 5°. З Фіг. 1 видно, що після видалення матеріалу з обох основних поверхонь листа процес продовжується на етапі 117 вирізанням листа для видалення диску. Загалом, процес видалення диску може включати процес різання. Зокрема, в процесі різання може використовуватись обробка абразивним струменем води для видалення одного чи більше дисків з більшого листа. Альтернативно, в іншому варіанті здійснення, операція видалення серцевини може включати операцію колонкового свердління, при якому застосовується ультразвук. Має бути зрозумілим, що вказаний диск, видалений з листа монокристалічного матеріалу, буде мати таку саму кристалографічну орієнтацію, що й оброблений лист. З листа монокристалічного матеріалу більшого розміру можна видалити один чи більше дисків. Загалом, диск - це окремий кристалічний артикул, що має суттєво кругову зовнішню периферію, а також першу основну поверхню і другу основну поверхню з боковими поверхнями, що знаходяться між першою основною поверхнею і другою основною поверхнею і з'єднують їх. Має бути зрозумілим, що такі диски можуть утворювати пластини, тобто диск може бути однією пластиною або, альтернативно, диск може бути підданий наступній обробці з отриманням певної кількості пластин. Має бути зрозумілим, що перед видаленням дисків чи після видалення дисків монокристалічні тіла, що залишаються, можуть бути піддані подальшій обробці для отримання виробів, придатних для використання. Типово, подальша обробка може включати додаткові 7 UA 98967 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 процеси шліфування, такі як операція тонкого шліфування, операція притирання чи операція полірування. Під час такої операції тонкого шліфування видаляються подряпини, що утворились під час попередньої операції грубого шліфування, такої як операція видалення матеріалу під кутом. Як така, операція тонкого шліфування видаляє не більше ніж приблизно 200 мікронів матеріалу. Інші операції тонкого шліфування можуть видаляти менше, наприклад не більше ніж приблизно 100 мікронів, або не більше ніж приблизно 50 мікронів, або навіть не більше ніж приблизно 25 мікронів. Загалом, однак, операція тонкого шліфування видаляє не менше ніж приблизно 10 мікронів матеріалу. Типово, після таких операцій фінішної обробки монокристалічні тіла можуть піддаватись також процесу зняття залишкового напруження. Такі процеси можуть включати процес травлення чи відпалу. Більш того, може бути передбачена подальша обробка, така як полірування, для забезпечення правильної геометрії. Типово, такі операції полірування включають застосування вільного абразиву, таке як процес хімічного механічного полірування (СМР). Представлена на Фіг. 2 блок-схема ілюструє інший процес отримання кристалографічно переорієнтованого монокристалічного тіла. Зокрема, на Фіг. 2 представлений процес, спрямований на кристалографічну переорієнтацію дисків з монокристалічного матеріалу, які пізніше можуть бути перетворені на одну чи більше пластин, на відміну від процесу на Фіг. 1, який спрямований на кристалографічну переорієнтацію листа монокристалічного матеріалу, з якого потім можуть бути вирізані диски. Відповідно, етапи обробки є загалом однаковими, за виключенням того, що диски вирізаються з монокристалічних листів на ранній стадії процесу і кожний з цих дисків індивідуально піддається операції видалення матеріалу. Як можна бачити на Фіг. 2, етапи 201, 203, 205 і 207 є такими самими етапами, які здійснювались на Фіг. 1. Відповідно, після початкового сплощення листа, вивчення бокових сторін листа, видалення матеріалу з бокових сторін листа для зіставлення бокових сторін листа з реперною площиною і видалення поверхневого шару з листа монокристалічного матеріалу можуть бути вирізані диски на етапі 209. Після видалення диску на етапі 209 процеси продовжуються так само, як це було описано по відношенню до Фіг. 1. Як такі, етапи 211-217 є такими самими, за виключенням того, що вони здійснюються не на листах, а на дисках. При конкретному посиланні на геометрію диску, загалом має суттєво кругову зовнішню периферію. Більш того, диск загалом має діаметр не менший ніж приблизно 7,5 см. У відповідності до іншого варіанту здійснення, діаметр диску може бути більшим, наприклад не меншим ніж приблизно 8 см, чи 9 см, чи навіть не меншим ніж приблизно 10 см. Типово, діаметр диску не перевищує приблизно 30 см. Загалом, товщина диску не перевищує приблизно 10 мм до видалення матеріалу. В інших варіантах здійснення можуть використовуватись диски більш тонкого профілю, товщина яких не перевищує приблизно 5 мм, чи не перевищує приблизно 2,5 мм, чи навіть не перевищує 0,5 мм до видалення матеріалу з обох основних зовнішніх поверхонь. На Фіг. 3A-3D представлений вид у перспективі монокристалічного диску, який піддається обробці по видаленню матеріалу. Диск 301 на Фіг. 3А знаходиться на столі 303, який включає певну кількість частин. Зокрема, стіл 303 включає частину 305, яка має можливість обертатись, забезпечуючи обертання диску під час операції видалення матеріалу. Стіл 303 також включає першу частину для нахилу 307, яка має можливість нахиляти диск 301, що лежить на ній, навколо осі 311. Характерно, що осі 308 і 311 є ортогональними осями, які залягають в напрямках, паралельних площині диску. Така конструкція забезпечує нахил диску 301 для вибіркового видалення матеріалу по відношенню до великої кількості кутів при оберті на 360°. Зокрема, частини для нахилу 307 і 309 мають здатність забезпечувати нахил в певному інтервалі, так що кожний інтервал нахилу не перевищує приблизно 0,025 градусів, а більш типово не перевищує приблизно 0,02 градусів. Інші столи можуть забезпечувати більшу точність, наприклад таку, що кожний інтервал нахилу не буде перевищувати 0,01 градусів. На Фіг. 3В представлено вид у перспективі диску 301 на столі 303 по відношенню до шліфувального апарату 315. Як можна бачити, після нахилу диску на обраний кут може здійснюватись видалення матеріалу з початкової першої зовнішньої основної поверхні диску 301. Як вже описувалось, одним таким процесом для видалення матеріалу є процес шліфування, для чого шліфувальний апарат 315 входить в контакт з диском 301. Характерно, що крім обертання шліфувального апарату 315, передбачена можливість обертання столу 303 і диску 301. У відповідності до одного варіанту здійснення, шліфувальний апарат 315 і стіл 303 обертаються в протилежних напрямках. Крім обертального руху, стіл має можливість зміщуватись в напрямку осі 317, а точніше стіл 303 і диск 301 можуть рухатись вперед і назад по осі 317. 8 UA 98967 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На Фіг. 3С диск 301 показаний перевернутим, щоб представити початкову другу зовнішню основну поверхню. Після видалення матеріалу з початкової першої зовнішньої основної поверхні диску 301 для встановлення його модифікованої першої зовнішньої основної поверхні диск 301 може бути перевернутий на столі 303, щоб почати видалення матеріалу з початкової другої зовнішньої основної поверхні диску 301. Має бути зрозумілим, що після формування модифікованої першої зовнішньої основної поверхні цю поверхню встановлюють під кутом і відповідно орієнтують так, щоб після перевертання диску 301 можна було здійснювати видалення матеріалу на початковій другій зовнішній основній поверхні без ще одного етапу вивчення. Як видно на Фіг. 3D, після перевертання диску 301 його початкова друга зовнішня основна поверхня стає доступною для процесу видалення матеріалу. Як показано і у відповідності до одного варіанту здійснення, такий процес видалення матеріалу знову передбачає операцію шліфування. Однак, як показано, оскільки початкову першу зовнішню основну поверхню диску 301 було модифіковано як описано вище і орієнтацію диску 301 змінено по відношенню до модифікованої першої зовнішньої основної поверхні, після шліфування початкової другої зовнішньої основної поверхні диск 301 може не потребувати нахилу. Під час цієї операції початкова друга зовнішня основна поверхня піддається операції шліфування для модифікації кристалографічної орієнтації початкової другої зовнішньої основної поверхні і досягнення її суттєвої паралельності з площиною, яка визначається модифікованою першою зовнішньою основною поверхнею. На Фіг. 4A-4F представлена альтернативна операція видалення матеріалу. Так, Фіг. 4А є видом зверху монокристалічного тіла, що знаходиться на столі 402, який має частину 403, що обертається, і засоби для нахилу 405, які можуть нахиляти стіл 402 навколо осі 406. Відповідно, після вивчення монокристалічного тіла 401 з боку першої початкової зовнішньої основної поверхні і визначення кута неузгодженої орієнтації монокристалічне тіло 401 може бути встановлене і орієнтоване на столі 402. Як показано на Фіг. 4А, перша стадія на етапі видалення матеріалу включає обертання монокристалічного тіла 401 на столі 401 з використанням обертальної частини 403, доки монокристалічне тіло 401 не досягне бажаної орієнтації по відношенню до осі нахилу 406. На Фіг. 4В представлено вид збоку монокристалічного тіла 401 на столі 402. Після обертання монокристалічного тіла 401 на столі 401 монокристалічне тіло 401 може бути далі орієнтоване для процесу видалення матеріалу під кутом за допомогою засобів для нахилу 405. Як показано, монокристалічне тіло 401 може бути нахилене навколо осі нахилу 406, яка, як показано на Фіг. 4В, є перпендикулярною до напрямку Z і коаксіальною з напрямком X. Нахил монокристалічного тіла 401 ставить його під кутом таким чином, що напрямок 407, який є нормальним до площини, яка визначається початковою першою зовнішньою основною поверхнею, не є коаксіальним з напрямком Z, чим забезпечується процес видалення матеріалу під кутом і зміна кристалографічної орієнтації монокристалічного тіла 401 по відношенню до поверхні монокристалічного тіла 401. На Фіг. 4С показано вид збоку монокристалічного тіла 401 на столі 402 після піддавання його процесу видалення матеріалу. Характерно, що після орієнтації монокристалічного тіла 401 шляхом відповідного повороту і нахилу може бути відразу розпочатий процес видалення матеріалу. Як показано на Фіг. 4С, процес шліфування здійснюється таким чином, що початкова перша зовнішня основна поверхня видаляється під кутом відносно площини, яка визначається початковою першою зовнішньою основною поверхнею, тим самим встановлюючи модифіковану першу зовнішню основну поверхню 408. Відповідно, монокристалічному тілу 401 буде надана така форма, що частина цього тіла буде мати іншу товщину в поперечному розрізі, ніж інші його частини. На Фіг. 4Е показано вид збоку монокристалічного тіла 401 на столі 402. Характерно, що після видалення матеріалу для встановлення модифікованої першої зовнішньої основної поверхні 408 стіл 402 може бути повернуто в його початкове положення без нахилу. В цьому положенні монокристалічне тіло 401 можна перевернути, щоб модифікована перша зовнішня основна поверхня 408 прийшла в контакт зі столом 402, а протилежна основна поверхня, що є початковою другою зовнішньою основною поверхнею 409, стала доступною для процесу видалення матеріалу. Відповідна кристалографічна орієнтація монокристалічного тіла 401 по відношенню до початкової другої зовнішньої основної поверхні може не вимагати процесу вивчення чи процесу нахиляння в цьому конкретному варіанті здійснення, оскільки першу зовнішню основну поверхню було модифіковано і бажану кристалографічну переорієнтацію було розпочато по відношенню до першої поверхні. 9 UA 98967 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 На Фіг. 4F показано вид збоку монокристалічного тіла 401 на столі 402 після здійснення процесу видалення матеріалу під кутом. Як можна бачити, початкову другу зовнішню основну поверхню видалено і сформовано модифіковану другу зовнішню основну поверхню 410. Ця модифікована друга зовнішня основна поверхня 410 визначає площину, що є паралельною до площини, яка визначається модифікованою першою зовнішньою основною поверхнею 408. На Фіг. 4F показано поперечний розріз монокристалічного тіла 401 після обробки обох основних поверхонь для кристалографічної переорієнтації. Показане монокристалічне тіло 401 має модифіковану першу зовнішню основну поверхню 408, модифіковану другу зовнішню основну поверхню 410, а також бокові поверхні 412 і 413 під кутом. Має бути зрозумілим, що через процеси видалення матеріалу під кутом на основних поверхнях бокові поверхні 412 і 413 можуть демонструвати кут, який надає монокристалічному тілу форму поперечного розрізу типу паралелограму. У відповідності до одного варіанту здійснення, після формування модифікованих першої і другої зовнішніх основних поверхонь 408 і 410 бокові поверхні 412 і 413 монокристалічного тіла 401 можуть бути піддані процесу видалення матеріалу, такому як шліфувальний процес, щоб зробити ці поверхні перпендикулярними основним поверхням. Як показано на Фіг. 4F, затемнені частини показують той об'єм, який типово видаляється з бокових поверхонь під час такого процесу. При конкретному посиланні на типи монокристалічних матеріалів, у відповідності до одного варіанту здійснення, придатне монокристалічне тіло для кристалографічної переорієнтації може включати сапфіровий монокристал. Як така, Фіг. 5 ілюструє вид зверху сапфірового монокристалічного тіла 501. Характерно, що монокристалічне тіло 501 є по формі диском, а більш точно пластиною, придатною для формування на ній електронних приладів. Хоча ясно, що сапфірові монокристалічні тіла можуть мати різні орієнтації, такі як а-площинна орієнтація, rплощинна орієнтація, m-площинна орієнтація чи с-площинна орієнтація, представлений на Фіг. 5 варіант здійснення показує монокристалічну сапфірову пластину, що має загалом с-площинну орієнтацію, оскільки верхня поверхня 502 монокристалічного тіла 501 визначається головним чином кристалографічною с-площиною. Як можна також бачити, монокристалічне тіло 501 включає реперну площину 503, яка відповідає кристалографічній с-площині сапфірового кристалу і може відповідати також іншій площині, крім с-площини, такій як а-площина, тплощина чи r-площина. Для більшої ясності передбачені Фіг. 6A-6D, на яких представлено сапфірове монокристалічне тіло і кути неузгодженої орієнтації ( а, С і m) відносно конкретних кристалографічних площин в монокристалічному тілі, а також напрямки (чи проекції), що відповідають цим площинам на поверхні монокристалічного тіла. Зокрема, Фіг. 6А показує вид в перспективі монокристалічного тіла 601, яке має перший комплект осей, що представляють три напрямки (х, у і z), які відповідають проекціям кристалографічних напрямків a, m і z, відповідно, в межах початкової першої зовнішньої основної поверхні 603 монокристалічного тіла 601. Додатково, Фіг. 6А включає другий комплект осей, що представляють три напрямки (a, m і с), які відповідають кристалографічним напрямкам (тобто, напрямкам, що є нормальними до відповідно позначених кристалографічних площин) в межах монокристалічного тіла 601. На Фіг. 6А також показані кути неузгодженої орієнтації 605, 607 і 609, які відповідають різниці між осями, що представляють три напрямки (х, у і z), і осями, що представляють три кристалографічні напрямки (a, m і с). Більш конкретно, кути неузгодженої орієнтації 605, 607 і 609 представляють неузгоджену орієнтацію між проекціями на початкову першу зовнішню основну поверхню 603 і відповідними кристалографічними напрямками в монокристалічному тілі 601. На Фіг. 6В показано поперечний розріз монокристалічного тіла 601, якщо дивитись по осі х. Зокрема, Фіг. 6В показує кути неузгодженої орієнтації 605 (який є також кутом нахилу) і 607 між напрямками z і у, відповідно. У відповідності до описаних тут варіантів здійснення, монокристалічне тіло може бути піддане процесу видалення матеріалу, щоб змінити початкову першу зовнішню основну поверхню 603 на модифіковану першу зовнішню основну поверхню 611, яка не є паралельною початковій першій зовнішній основній поверхні 603. Як вже описувалось, процес видалення матеріалу може включати шліфувальний процес і може включати нахилення початкової першої зовнішньої основної поверхні монокристалічного тіла 601 відносно поверхні шліфування. Для того, щоб змінити кристалографічну орієнтацію монокристалічного тіла і, зокрема, щоб змінити кути неузгодженої орієнтації 605 і 607, пов'язані з с-площиною і m-площиною, відповідно, матеріал видаляється з монокристалічного тіла 601 для встановлення модифікованої першої зовнішньої основної поверхні 611. З метою ясності і ілюстрації, ділянки трикутної форми 612 і 613 показують процес видалення матеріалу під кутом, і, зокрема, ділянки 612 і 613 видаляються так що початкова перша зовнішня основна поверхня 10 UA 98967 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 603 видаляється, щоб встановити модифіковану першу зовнішню основну поверхню 611, яка не є паралельною початковій першій зовнішній основній поверхні 603. Після видалення матеріалу і формування модифікованої першої зовнішньої основної поверхні 611 с-площина і m-площина переорієнтуються по відношенню до модифікованої першої зовнішньої основної поверхні 611 і, отже, ступінь неузгодженої орієнтації по відношенню до m-площини і с-площини може змінитись. Як видно з Фіг. 6С, після формування модифікованої першої зовнішньої основної поверхні 611 напрямок осі у і m-площини поділяють один і той самий вектор. Як такий, той самий процес може бути здійснений, так що кут неузгодженої орієнтації по відношенню до напрямку осі х і аплощини може бути змінений. На Фіг. 6D показано поперечний розріз монокристалічного тіла 601, якщо дивитись по осі у. На Фіг. 6D показані кути неузгодженої орієнтації 605 і 609 між віссю z і віссю х, відповідно. Попередня переорієнтація, що сформувала модифіковану першу зовнішню основну поверхню 611 по відношенню до осі у і нормальний напрямок m-площини, ефективно визначила заново початкову першу зовнішню основну поверхню для сапфірового монокристалічного тіла 601. Як таке, сапфірове монокристалічне тіло 601 може бути піддане другому процесу видалення матеріалу для здійснення кристалографічної переорієнтації і зміни кутів неузгодженої орієнтації 605 і 609 шляхом вивчення і обробки поверхні монокристалічного тіла по осі х. Як показано, сапфірове монокристалічне тіло може бути піддане процесу видалення матеріалу, такому як шліфування, коли модифікована перша зовнішня основна поверхня 611 нахиляється по відношенню до поверхні шліфування, так що модифікована друга зовнішня основна поверхня 612 визначається по відношенню до осі х. Під час такого процесу шліфування ділянки 612 і 613 трикутної форми видаляються, так що с-площина і а-площина переорієнтовуються по відношенню до модифікованої другої зовнішньої основної поверхні 612 і, отже, ступінь неузгодженої орієнтації по відношенню до а-площини змінюється. Має бути зрозумілим, що, хоча шліфувальний процес було описано як багатостадійний процес відносно єдиного шліфувального процесу для кожного з двох різних ортогональних напрямків (тобто, осі у і осі х), цей процес шліфування може бути модифікований як описано тут в різних варіантах здійснення для здійснення зміни кристалографічної орієнтації в кількох напрямках в рамках єдиного процесу шліфування. На Фіг. 7 представлено систему для здійснення операцій видалення матеріалу під кутом. На Фіг. 7 показано модуль вивчення 701, вихід якого з'єднаний зі входом модулю обробки даних 703. Модуль обробки даних включає також перший вихід, з'єднаний зі входом першого стола обробки 705, і другий вихід, з'єднаний зі входом другого стола обробки 711. Загалом, модуль вивчення 701 включає рентгенівську пушку і рентгенівський детектор, орієнтовані навколо стола для вивчення монокристалічного тіла. Після вивчення монокристалічного тіла модуль вивчення генерує дані 707 для даного монокристалічного тіла і може забезпечувати дані 707 вивчення монокристалічного тіла для модуля обробки даних 703. Дані вивчення 707 типово включають дані щодо орієнтації кристалу. У відповідності до одного варіанту здійснення, дані вивчення 707 можуть включати дані, які зв'язують фізичну орієнтацію монокристалічного тіла, як вона визначається його зовнішніми поверхнями, з кристалографічною орієнтацією. В одному конкретному варіанті здійснення дані вивчення 707 монокристалічного тіла включають інформацію стосовно ідентифікації реперної площини в монокристалічному тілі. В іншому варіанті здійснення дані вивчення 707 монокристалічного тіла можуть включати інформацію щодо кутів неузгодженої орієнтації по відношенню до початкової основної першої зовнішньої поверхні монокристалічного тіла. Модуль 703 обробки даних отримує дані вивчення 707 монокристалічного тіла і генерує командний сигнал для управління операцією видалення матеріалу під кутом на обраній стадії обробки. Оскільки цією системою можуть здійснюватись різні операції видалення матеріалу під кутом, такі як, наприклад, операція видалення матеріалу під кутом з формуванням реперної площини або операція видалення матеріалу під кутом з метою зміни кутів неузгодженої орієнтації на початковій першій зовнішній основній поверхні, модуль 703 обробки даних може використовуватись для генерування різних командних сигналів. Такі командні сигнали можуть потім подаватись на відповідні столи обробки (наприклад, 705 чи 711) для здійснення відповідної операції. Наприклад, в одному варіанті здійснення модуль 703 обробки даних приймає дані вивчення 707 від модуля 701 вивчення монокристалічного тіла і обробляє ці дані вивчення 707 для генерування командного сигналу, який представляє собою похибку між поточною орієнтацією монокристалічного тіла і бажаною орієнтацією на основі попередньо визначеної кристалографічної орієнтації. Командний сигнал подається на стіл обробки і регулює його 11 UA 98967 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 орієнтацію. В одному конкретному варіанті здійснення командний сигнал 709 включає дані, які посилаються на перший стіл обробки 705, що є придатним для здійснення процесу видалення матеріалу під кутом на першій зовнішній основній поверхні монокристалічного тіла з метою зміни щонайменше одного кута неузгодженої орієнтації. Альтернативно, в іншому варіанті здійснення модуль 703 обробки даних забезпечує командний сигнал 713 для другого столу обробки 711, який включає дані, необхідні для здійснення операції видалення матеріалу під кутом на боковій поверхні монокристалічного тіла для визначення реперної площини чи "площинки". Характерно, що такі процеси є різними і можуть вимагати різних столів обробки, а також різних командних сигналів, оскільки в одній операції обробляється перша зовнішня основна поверхня монокристалічного тіла, тоді як в іншій операції обробляються бокові поверхні цього монокристалічного тіла. Загалом, обробка даних вивчення 707 модулем 703 обробки даних може здійснюватись з використанням апаратних засобів ЕОМ, програмно-апаратних засобів чи програмного забезпечення. Наприклад, модуль обробки даних може включати вентильну матрицю, що програмується користувачем (FPGA), спеціалізовану інтегральну мікросхему (ASIC), програмне забезпечення з комп'ютерним управлінням чи їх комбінацію. На Фіг. 8 більш детально показана позиція 715 з Фіг. 7, наведена схема модуля 803 обробки даних і показаний стіл обробки 809 з монокристалічним тілом 813. Модуль 803 обробки даних містить пам'ять 805, вхід якої з'єднаний з виходом модуля вивчення монокристалічного тіла для отримання даних вивчення 801, а вихід з'єднаний з процесором даних 807. Пам'ять 805 може зберігати інструкції для процесора даних 807 і викликати їх після отримання даних вивчення 801, так що процесор даних 807 може обробляти дані вивчення монокристалічного тіла і генерувати командний сигнал 815, який поступає на стіл обробки 809. Як вже описувалось, дані вивчення 801 можуть включати різні типи даних в залежності від бажаного процесу і відповідно пам'ять 805 і процесор даних 807 можуть включати кілька програм і алгоритмів для відповідної зміни даних вивчення 801 через командний сигнал 815. Як можна бачити, стіл обробки 809 включає виконавчий механізм 811, вхід якого з'єднаний з процесором даних 807 для отримання командного сигналу 815. Після отримання командного сигналу 815 виконавчий механізм 811 регулює орієнтацію стола обробки 809 і монокристалічного тіла 813, що знаходиться на ньому, відносно поверхні шліфування 817 на основі командного сигналу 815. У відповідності до одного варіанту здійснення, виконавчий механізм 811 може управляти нахилом стола обробки 809 навколо першої осі, що знаходиться в площині, яка визначається головною поверхнею стола обробки 809. У відповідності до іншого варіанту здійснення, стіл обробки 809 включає більше ніж один виконавчий механізм для управління рухом стола обробки 809 в кількох напрямках. В одному варіанті здійснення ще один виконавчий механізм використовується для управління нахилом стола обробки 809 навколо другої осі, що є загалом ортогональною до першої осі і лежить в тій самій площині. У відповідності до іншого варіанту здійснення, стіл обробки 809 може включати ще один виконавчий механізм, який отримує командний сигнал від процесора даних 807 і може обертати стіл обробки 809 в площині його основної поверхні. Слід розуміти, що кілька командних сигналів можуть посилатись на кілька виконавчих механізмів для управління рухом стола обробки в різних напрямках. Як такі, процесор даних 803 і стіл обробки 809 можуть включати додаткові чи проміжні компоненти, такі як мультиплексори і цифрові логічні схеми, крім тих, що показані. Більш того, хоча такі варіанти здійснення продемонстрували зміну кута стола обробки 809 відносно поверхні шліфування 817, такі регулятори можуть використовуватись для зміни кута поверхні шліфування 817 відносно стола обробки 809 або, альтернативно, такі регулятори можуть використовуватись для управління і поверхнею шліфування, і столом обробки 809. На Фіг. 9 показано в перспективі апарат для зміни кристалографічної орієнтації монокристалічного тіла. Фіг. 9 включає монокристалічне тіло 901 на столі 903, рентгенівську пушку 905, розміщену над столом 903 і спрямовану на монокристалічне тіло 901. Слід розуміти, що цей стіл має здатність нахилу через певні інтервали і придатний для здійснення процесу видалення матеріалу під кутом. Апарат включає також відповідний детектор 907, розміщений так, щоб виявляти рентгенівські промені, генеровані пушкою 905 і заломлені монокристалічним тілом 901. Апарат оснащений шліфувальною поверхнею 909, такою як шліфувальний круг, розміщеною над монокристалічним тілом 901 і столом 903, яка входить в контакт з монокристалічним тілом під час операції шліфування. Такий апарат забезпечує здійснення комбінації процесів, таких як вивчення монокристалічного тіла 901 і видалення матеріалу для його кристалографічної переорієнтації. Більш того, представлений на Фіг. 9 апарат забезпечує 12 UA 98967 C2 5 10 15 20 25 30 35 поліпшене управляння процесом переорієнтації, оскільки монокристалічне тіло може вивчатись до, під час і навіть після операції видалення матеріалу під кутом. ПРИКЛАД В Таблиці 1 наведені дані для 21 зразка, отриманого у відповідності до наступної методики обробки. Двадцять один монокристалічний сапфіровий диск було вирізано з кількох більших монокристалічних сапфірових листів, вирощених за методикою вирощування профільного кристалу з обмеженням краю і підживленням розплаву (EFG). Кожний з вирощених монокристалічних листів мав неузгодження орієнтації приблизно±0,5 градусів від обраної кристалографічної орієнтації; типово це була с-площинна орієнтація. Кожний з листів спочатку було візуально оглянуто щодо дефектів, досліджено під поляризованим світлом, після чого їх вивчали з використанням рентгенівських методів дослідження. Після цього на кожному листі креслили мапу і маркували його для вирізання і видалення монокристалічних сапфірових дисків. Загалом, 4 монокристалічних дисків було видалено з кожного монокристалічного листа. Після цього кожний монокристалічний диск перевіряли і шліфували до діаметру біля 2 дюймів. Кожний монокристалічний диск очищали і вивчали з використанням рентгенівської дифракції для визначення орієнтації конкретної реперної площини, яка буде відповідати базовій площині. Після ідентифікації обраної реперної площини, наприклад а-площини, в сапфірових монокристалічних дисках на кожному з них формували базу за допомогою плоскошліфувального станка. Після формування бази монокристалічний диск за допомогою воску монтували на плоскій плиті і очищали шляхом шліфування першої зовнішньої основної поверхні. Після чистки монокристалічний диск вивчали з використанням рентгенівської дифракції і обчислювали орієнтацію першої зовнішньої основної поверхні відносно попередньо визначеної кристалографічної орієнтації. Після цього монокристалічний диск фіксували на синусній плиті і регулювали орієнтацію монокристалічного диску по відношенню до поверхні шліфування таким чином, щоб монокристалічний диск був розміщений під кутом до поверхні шліфування. Операція шліфування під кутом кожного з перелічених далі зразків тривала від приблизно ЗО хвилин до приблизно 2 годин в залежності від необхідної корекції. Після операції шліфування під кутом першу зовнішню основну поверхню кожного з монокристалічних дисків вивчали з використанням рентгенівської дифракції. Під час вивчення вимірялись і реєструвались певні кути неузгодженої орієнтації монокристалічних дисків. При необхідності монокристалічні диски знову піддавали операції шліфування під кутом для подальшої корекції. Після обробки першої зовнішньої основної поверхні диски перевертали і здійснювали корекцію другої зовнішньої основної поверхні, використовуючи той самий процес, що й на першій зовнішній основній поверхні. Після регулювання орієнтації другої зовнішньої основної поверхні кожний із зразків притирали з обох боків і чистили. Бокові поверхні кожного з монокристалічних дисків піддавали шліфуванню, а диски знову очищали, піддавали відпалу, полірували, очищали і знову перевіряли. 40 Таблиця 1 Зразок 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Поворот навколо осі А (градуси) -0,1 -0,06 -0,09 -0,09 -0,08 -0,02 0,07 -0,07 0,03 -0,07 -0,04 -0,03 -0,02 0,02 0,02 Поворот навколо осі М (градуси) 0 0,04 0,03 -0,02 -0,01 -0,11 -0,13 -0,08 0,03 0,02 0,15 0,01 0,01 0,05 -0,11 13 Сумарний кут (градуси) 0,1 0,08 0,09 0,1 0,08 0,12 0,14 0,11 0,04 0,07 0,16 0,04 0,02 0,05 0,11 Орієнтація бази (градуси) -0,2 -0,13 -0,02 -0,08 -0,02 -0,2 -0,23 -1,89 -0,02 -0,08 -0,07 -0,25 -0,15 -0,12 -0,17 UA 98967 C2 Продовження таблиці 1 Зразок 16 17 18 19 20 21 Середнє Ст. відх. Максимум Мінімум Вимога 5 10 15 20 25 30 Поворот навколо осі А (градуси) 0,05 -0,07 -0,1 -0,09 0,1 -0,18 -0,04 0,07 0,1 -0,18 Поворот навколо осі М (градуси) 0,18 0 0,04 -0,01 0,09 -0,05 0,01 0,08 0,18 -0,13 Сумарний кут (градуси) 0,19 0,07 0,1 0,09 0,14 0,18 0,1 0,05 0,19 0,02 0,25° Орієнтація бази (градуси) -0,14 -0,11 -0,16 -0,03 -0,08 -0,06 -0,2 0,39 -0,02 -1,89 ±0,2° В Таблиці 1 наведені дані для 21 зразка, отриманого у відповідності до вищеописаної методики. Кожний із сапфірових зразків має загалом с-площинну орієнтацію. Кути неузгодженої орієнтації відносно а-осі і m-осі, які відповідають кристалографічним площинам в сапфірових монокристалічних дисках, визначені і наведені вище. Прикметно, що середні кути неузгодженої орієнтації для 21 зразка відносно а-осі і m-осі є малими (меншими ніж приблизно 0,05 градусів). При цьому початкова орієнтація монокристалічних листів становила ±0,5 градусів в обраному кристалографічному напрямку. Після операції шліфування кути неузгодженої орієнтації відносно а-осі і m-осі мали середні значення -0,04 градуси і 0,01 градуси, відповідно, засвідчуючи кристалографічну переорієнтацію. До того ж, сумарний кут для 21 зразка мав середнє значення 0,1, підтверджуючи близьку кристалографічну орієнтацію, ближчу ніж ±0,5 градусів. Крім того, сумарний кут неузгодженої орієнтації кожного з монокристалічних дисків при порівнянні пластини до пластини є зменшеним, оскільки стандартне відхилення для 21 зразка становить 0,05 градусів. Максимальні і мінімальні значення у відношенні виміряних кутів також засвідчують зменшення неузгодженої орієнтації. Описані варіанти здійснення даного винаходу забезпечують суттєві переваги. Запропоновані методи вивчення монокристалічного тіла, процеси і методики орієнтації, а також конкретні процеси шліфування і артикули в комбінації забезпечують кристалографічну переорієнтацію монокристалічних тіл. Більш того, така комбінація методів піддається масштабуванню, оскільки певні з описаних процесів є придатними для обробки великих листів монокристалічного матеріалу. З іншого боку, певні комбінації процесів підходять для обробки індивідуальних дисків чи пластин монокристалічних матеріалів. Зокрема, певні варіанти здійснення забезпечують кристалографічну переорієнтацію монокристалічних тіл після вирощування, що є особливо бажаним для зменшення відходів і поліпшення якості виробів на їх основі. Більш того, запропоновані тут процеси забезпечують виробникам маневреність, оскільки монокристалічні тіла можуть конструюватись і регулюватись до кінцевих технічних вимог користувача для конкретних застосувань вже після того, як монокристалічний артикул вирощено. Вищенаведений опис слід вважати ілюстративним, а не обмежуючим, і формула винаходу, що додається, призначена для того, щоб охопити всі такі модифікації, удосконалення та інші втілення, які підпадають під об'єм даного винаходу. Отже, в тій максимальній мірі, в якій це допускається законом, об'єм даного винаходу має визначатись найширшою допустимою інтерпретацією наступних пунктів формули винаходу та їх еквівалентів і не повинен обмежуватись вищенаведеним докладним описом. 35 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 1. Спосіб зміни кристалографічної орієнтації монокристалічного тіла, який включає: вивчення кристалографічної орієнтації монокристалічного тіла; обрахування кута неузгодженої орієнтації між вибраним кристалографічним напрямком монокристалічного тіла і проекцією цього кристалографічного напрямку на площину першої зовнішньої основної поверхні монокристалічного тіла; фіксацію монокристалічного тіла в положенні, що є нахиленим до першої осі відносно початкової першої зовнішньої основної поверхні цього тіла; і 14 UA 98967 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 видалення матеріалу з щонайменше частини цієї першої зовнішньої основної поверхні для зміни кута неузгодженої орієнтації. 2. Спосіб для кристалографічної переорієнтації монокристалічного тіла, який включає: вивчення монокристалічного тіла шляхом кореляції кристалографічної орієнтації цього монокристалічного тіла з орієнтацією його початкової першої зовнішньої основної поверхні; фіксацію монокристалічного тіла в положенні, що є нахиленим до першої осі відносно початкової першої зовнішньої основної поверхні цього тіла; і видалення матеріалу з вказаної початкової першої зовнішньої основної поверхні для встановлення модифікованої першої зовнішньої основної поверхні, яка не є паралельною з початковою першою зовнішньою основною поверхнею, для зміни кристалографічної орієнтації даного монокристалічного тіла. 3. Спосіб за пунктом 1, в якому кут неузгодженої орієнтації є більшим ніж приблизно 0,05° до видалення матеріалу з першої початкової зовнішньої основної поверхні. 4. Спосіб за пунктом 1, в якому кут неузгодженої орієнтації є меншим ніж приблизно 0,05° після видалення матеріалу з першої початкової зовнішньої основної поверхні. 5. Спосіб за пунктом 1, в якому під час видалення матеріалу кут неузгодженої орієнтації змінюється на величину дельта (∆), не меншу ніж приблизно 0,01°. 6. Спосіб за пунктом 1 чи 2, в якому монокристалічне тіло являє собою оксид алюмінію. 7. Спосіб за пунктом 1, 2 чи 6, в якому монокристалічне тіло є сапфіром. 8. Спосіб за пунктом 1 чи 2, в якому вивчення монокристалічного тіла додатково включає порівняння вибраної кристалографічної площини з площиною, яка визначається першою початковою зовнішньою основною поверхнею, і обчислення кута неузгодженої орієнтації. 9. Спосіб за пунктом 8, в якому монокристалічне тіло являє собою сапфір, а вибрана кристалографічна площина має суттєво с-площинну орієнтацію з відхиленням від с-площини на кут нахилу, не більший ніж приблизно 5,0°. 10. Спосіб за пунктом 1 чи 2, в якому монокристалічне тіло являє собою лист, частина якого має суттєво полігональні контури, що має протилежні, загалом прямокутні, поверхні і бокові поверхні, які знаходяться між протилежними, загалом прямокутними, поверхнями і з'єднують їх. 11. Спосіб за пунктом 10, який додатково включає сплощення щонайменше однієї бокової поверхні до видалення матеріалу з першої зовнішньої основної поверхні. 12. Спосіб за пунктом 2, в якому фіксація монокристалічного тіла в певному положенні додатково включає його поворот в площині, паралельній площині першої зовнішньої основної поверхні. 13. Спосіб за пунктом 2, в якому фіксація монокристалічного тіла в певному положенні додатково включає його нахил навколо другої осі, причому ця друга вісь є віссю, ортогональною до першої осі, і лежить в тій самій площині, що й перша вісь. 14. Пристрій для зміни кристалографічної орієнтації монокристалічного тіла, який включає: стіл такої конфігурації, щоб фіксувати монокристалічне тіло в положенні, що є нахиленим до першої осі відносно початкової першої зовнішньої основної поверхні монокристалічного тіла, який оснащено засобами для забезпечення нахилу через певні інтервали навколо щонайменше однієї осі; рентгенівську гармату, спрямовану на стіл, і рентгенівський детектор, розміщений так, щоб виявляти рентгенівські промені, заломлені монокристалічним тілом; і шліфувальний круг такої конфігурації, щоб лежати на монокристалічному тілі, яке знаходиться на столі, і контактувати з ним, який обертається навколо осі і переміщується в напрямку цієї осі. 15 UA 98967 C2 16 UA 98967 C2 17 UA 98967 C2 18 UA 98967 C2 19 UA 98967 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 20