Спосіб виготовлення підкладок із монокристала сапфіра

Спосіб виготовлення підкладок із монокристала сапфіра, який включає визначення кристалографічних площин монокристала, виготовлення з нього циліндричної заготовки, основа якої є площиною епітаксії, виготовлення базової площини C2 2 (19) 1 3 надання їм циліндричної форми заданого діаметра. Завданням винаходу є зменшення трудомісткості й спрощення процесу вирізання підкладок із кристалів сапфіра та збільшення їх виходу з одного кілограма циліндричних заготовок. Поставлене завдання досягається тим, що спосіб виготовлення підкладок із монокристалів сапфіра (a-Аl2О3), який включає визначення кристалографічних площин монокристала, виготовлення з нього циліндричних заготовок, основа яких є площиною епітаксії, виготовлення базової площини шляхом плоского шліфування, розділення циліндричних заготовок на пластини та подальше доведення їх до заданих товщини, діаметра і чистоти поверхні механічним шліфуванням та поліруванням, який відрізняється тим, що після визначення необхідної кристалографічної площини об'ємного монокристала, з якого висвердлюють циліндричну заготовку для нарізання пластин, висвердлювання здійснюють трубчатим алмазним свердлом заданого діаметра, причому свердло в процесі висвердлювання встановлюють перпендикулярно до кристалографічної площини, що відповідає необхідній площині епітаксії, а внутрішній діаметр свердла визначають із співвідношення: D=d+2/3(Δ1+Δ2), (1) де D - діаметр свердла, mm; d - заданий діаметр заготовки, мм; Δ1 -товщина стінки свердла, мм; Δ2 -середній розмір алмазного зерна у різальній кромці, мкм, а процес розділення циліндричної заготовки на пластини здійснюють вольфрамовими дротинами зі зв'язаним алмазним абразивом. Порівняльний аналіз із прототипом показує, що запропонований спосіб містить ряд істотних переваг, а саме: циліндричну заготовку для нарізання пластин висвердлюють із об'ємного монокристала трубчатим свердлом заданого діаметра, що виключає із технологічного процесу виготовлення підкладок операцію попереднього розрізання монокристала на шестигранні або восьмигранні прямокутні призми та їх калібрування для надання їм циліндричної форми. Внаслідок цього зменшуються втрати корисного матеріалу і збільшується вихід годної товарної продукції завдяки тому, що з одного кристала більш раціонально можна висвердлити циліндричні заготовки різних діаметрів. Суттєвим є й те, що висвердлювання циліндричних заготовок виконують перпендикулярно до площини заданої кристалографічної орієнтації, а це дає можливість на послідуючих операціях уникати необхідності додаткової доорієнтації кристалографічної площини епітаксії. Істотним у процесі висвердлювання циліндричних заготовок заданого розміру є вибір діаметра трубчатого свердла. При цьому важливу роль відіграє як товщина його стінок, так і товщина внутрішнього шару алмазної різальної кромки та розмір алмазних зерен, зафіксованих у ній. Оскільки алмазовмістний шар різальної кромки свердла містить алмазний порошок зернистість якого може дискретно змінюватися в інтервалі від 400/315 до 80/63, при висвердлюванні циліндричних заготовок заданого діаметра, необхідно вра 86156 4 ховувати як товщину кромки, так і розмір зерна, зафіксованого в ній. Враховуючи той факт, що в залежності від діаметра свердла алмазовмістний шар має товщину 0.8-2.5мм, а виступаюча із нього частина алмазного зерна становить ~ 1/3 його середнього діаметра, внутрішній діаметр свердла, для висвердлювання циліндричних заготовок необхідного діаметра визначають із співвідношення (1). Спосіб здійснюється наступним чином. Згідно фіг. кристал 1 фіксують на столі 2 свердлильного станка таким чином, щоб площина (0001) була перпендикулярна до осі трубчатого свердла, виконаного у вигляді металевої трубки заданого діаметра 3 із алмазовмістною різальною кромкою 4 в нижній її частині. Надавши трубчатому свердлу певну кількість обертів та забезпечивши поступальне переміщення свердла зверху вниз, як показано на Фіг., подаючи при цьому в зону контакту алмазної різальної кромки з кристалом мастильно-охолодну рідину, із монокристала висвердлюють циліндричну заготовку потрібного діаметра із заданою кристалографічною орієнтацією основи, яка відповідає площині епітаксії. Наведемо приклад використання запропонованого способу у виробництві сапфірових підкладок. Для виготовлення підкладок діаметром 50.8мм з кристалографічною орієнтацією площини (0001), у відповідності з приведеним вище співвідношенням, визначають внутрішній діаметр необхідного трубчатого свердла D=50.8+2/3(1+0,016) =51,48мм (алмазна різальна кромка якого містить зерно 165/120), за допомогою якого висвердлюють циліндричну заготовку для нарізання пластин. При необхідності, на бічній поверхні циліндричної заготовки, шляхом плоского шліфування, роблять базовий зріз. Виготовлену таким чином заготовку розрізають на пластини за допомогою системи вольфрамових дротин зі зв'язаним алмазним абразивом з подальшим їх шліфуванням та поліруванням. Запропонований спосіб дає можливість зменшити трудомісткість та спростити процес виготовлення підкладок із монокристалічного сапфіра за рахунок виключення операцій вирізання прямокутних призм з об'ємного кристала та їх круглого шліфування, а збільшення виходу кількості пластин з одного кілограма циліндричних заготовок досягається тим, що нарізання пластин здійснюється вольфрамовими дротинами із закріпленим на них алмазним абразивом. Винахід може бути використаний на підприємствах електронної промисловості при виготовлені підкладок із монокристалів сапфіра (a-Аl2О3) для виробництва мікросхем та світлодіодів. Джерела інформації: 1. Блецкан Д.І., Блецкан О.Д., Лук'янчук О.Р., Машков А.1., Пекар ЯМ. Механічна обробка кристалів сапфіра та виготовлення підкладок із них для потреб оптоелектроніки. - Вісник Ужгородського університету. Серія Фізика. 2000. №7. С. 161-172. прототип. 5 Комп’ютерна верстка В. Клюкін 86156 6 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601