UA98967C2 - Method of crystallographic reorientation of single crystal body - Google Patents
Method of crystallographic reorientation of single crystal body Download PDFInfo
- Publication number
- UA98967C2 UA98967C2 UAA201000722A UAA201000722A UA98967C2 UA 98967 C2 UA98967 C2 UA 98967C2 UA A201000722 A UAA201000722 A UA A201000722A UA A201000722 A UAA201000722 A UA A201000722A UA 98967 C2 UA98967 C2 UA 98967C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- single crystal
- main surface
- initial
- sheet
- crystal body
- Prior art date
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 165
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 144
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 150
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 7
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 2
- 210000003746 feather Anatomy 0.000 claims 1
- 238000009958 sewing Methods 0.000 claims 1
- 239000000661 sodium alginate Substances 0.000 claims 1
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 description 111
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 84
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 45
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 32
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 32
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 14
- 239000006061 abrasive grain Substances 0.000 description 14
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 13
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 9
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 6
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 5
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 5
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 4
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 4
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 4
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- -1 nitride compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical group O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007514 turning Methods 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910015167 MoAl2O4 Inorganic materials 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002050 diffraction method Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 238000004073 vulcanization Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Description
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 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.1. The method of changing the crystallographic orientation of a single crystal body, which includes: studying the crystallographic orientation of a single crystal body; calculation of the misalignment angle between the selected crystallographic direction of the single crystal body and the projection of this crystallographic direction onto the plane of the first outer main surface of the single crystal body; fixing the monocrystalline body in a position inclined to the first axis relative to the initial first outer main surface of this body; and removing material from at least a portion of said first outer major surface to change the misalignment angle. 2. A method for crystallographic reorientation of a single crystal body, which includes: studying a single crystal body by correlating the crystallographic orientation of this single crystal body with the orientation of its initial first outer main surface; fixing the monocrystalline body in a position inclined to the first axis relative to the initial first outer main surface of this body; and removing material from said initial first outer main surface to establish a modified first outer main surface that is not parallel to the original first outer main surface to change the crystallographic orientation of the single crystal body.
З. Спосіб за пунктом 1, в якому кут неузгодженої орієнтації є більшим ніж приблизно 0,057 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 (А), не меншу ніж приблизно 0,017. б. 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.C. The method of claim 1, wherein the misalignment angle is greater than about 0.057 before material is removed from the first initial outer main surface. 4. The method of claim 1, wherein the angle of misalignment is less than about 0.05" after material is removed from the first initial outer main surface. 5. The method of claim 1, wherein the angle of misalignment changes by an amount of delta during material removal (A) not less than about 0.017 b. The method of claim 1 or 2 wherein the single crystal body is aluminum oxide 7. The method of claim 1, 2 or 6 wherein the single crystal body is sapphire 8. The method of item 1 or 2, in which the study of the single crystal body additionally includes comparing the selected crystallographic plane with the plane defined by the first initial outer main surface and calculating the misalignment angle.
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".9. The method of claim 8, wherein the single crystal body is sapphire and the selected crystallographic plane has a substantially c-plane orientation with an inclination angle of no more than about 5.0" from the c-plane.
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.10. The method according to item 1 or 2, in which the monocrystalline body is a sheet, part of which has substantially polygonal contours, having opposite, generally rectangular, surfaces and side surfaces that are between opposite, generally rectangular, surfaces and connect them .
11. Спосіб за пунктом 10, який додатково включає сплощення щонайменше однієї бокової поверхні до видалення матеріалу з першої зовнішньої основної поверхні.11. The method of claim 10, further comprising flattening at least one side surface prior to removing material from the first outer main surface.
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.12. The method according to point 2, in which the fixation of the monocrystalline body in a certain position additionally includes its rotation in a plane parallel to the plane of the first outer main surface.
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.13. The method according to item 2, in which fixing the monocrystalline body in a certain position additionally includes tilting it about a second axis, and this second axis is an axis orthogonal to the first axis and lies in the same plane as the first axis.
14. Пристрій для зміни кристалографічної орієнтації монокристалічного тіла, який включає:14. Device for changing the crystallographic orientation of a single crystal body, which includes:
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;a table configured to fix the monocrystalline body in a position inclined to the first axis relative to the initial first outer main surface of the monocrystalline body, which is equipped with means for providing tilting at certain intervals about at least one axis;
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.an x-ray gun directed at the table and an x-ray detector positioned to detect x-rays refracted by the single crystal body; and a grinding wheel configured to rest on and contact the monocrystalline body, which is on the table, which rotates about the axis and moves in the direction of the axis.
Галузь технікиThe field of technology
Даний винахід загалом стосується монокристалічних субстратів і способів завершальної обробки таких субстратів.The present invention generally relates to single crystal substrates and methods of final processing of such substrates.
Рівень технікиTechnical level
Напівпровідникові компоненти на основі монокристалічних нітридів елементів з Групи Ш і Групи М є ідеальними для таких приладів, як випромінюючі світло діоди (ГЕО), лазерні діоди (10), дисплеї, транзистори і детектори. Зокрема, напівпровідникові елементи, що використовують нітридні сполукиSemiconductor components based on single-crystal nitrides of Group Ш and Group M elements are ideal for such devices as light-emitting diodes (LEDs), laser diodes (10), displays, transistors, and detectors. In particular, semiconductor elements using nitride compounds
Групи ПІ ї Групи М, застосовуються для випромінюючих світло приладів в УФ діапазоні і синє/зеленому діапазоні довжини хвилі. Наприклад, галію нітрид (сам) і споріднені матеріали, такі як АІСам, Іпсам та їх комбінації, є найбільш поширеними прикладами нітридних напівпровідникових матеріалів, що користуються високим попитом.Groups PI and Group M are used for devices emitting light in the UV range and blue/green wavelength range. For example, gallium nitride (sam) and related materials such as AISam, Ipsam and their combinations are the most common examples of nitride semiconductor materials in high demand.
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 5іС (карбід кремнію), АІгОз (сапфір чи корунд) і МоАї2О4 (шпінель), є поширеними чужорідними матеріалами-субстратами.However, manufacturing ingots and substrates from certain semiconductor materials has proven difficult for many reasons. Accordingly, epitaxial growth of semiconductor materials on foreign substrate materials is considered a viable alternative. Substrates including SiC (silicon carbide), AIgOz (sapphire or corundum), and MoAl2O4 (spinel) are common foreign substrate materials.
Такі чужорідні субстрати мають іншу структуру кристалічної решітки, ніж нітридні напівпровідникові матеріали, зокрема сам, 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.Such foreign substrates have a different crystal lattice structure than nitride semiconductor materials, in particular itself, and therefore have a mismatch of crystal lattice parameters. Despite this inconsistency and associated problems, such as stresses and defects in the build-up layer of semiconductor materials, the industry continues to develop technologies for obtaining substrates with improved suitability for semiconductor applications. Currently, there is great interest in high-quality substrates with a large surface area, particularly sapphire substrates.
Однак залишаються невирішені проблеми при виготовленні високоякісних субстратів у великих розмірах.However, there remain unsolved problems in the production of high-quality substrates in large quantities.
Суть винаходуThe essence of the invention
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.According to the first aspect of the present invention, a method of changing the crystallographic orientation of a single crystal body is proposed, which includes the steps of studying the crystallographic orientation of the single crystal body and calculating the orientation mismatch angle between the selected crystallographic direction of the single crystal body and the projection of this crystallographic direction onto the plane of the first outer main surface of the single crystal body. The method also includes removing material from at least a portion of the first outer main surface to change the misalignment angle.
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.According to another aspect of the present invention, a method for crystallographic reorientation of a single crystal body is provided, which includes studying the single crystal body by correlating the crystallographic orientation of the single crystal body with the orientation of the initial first outer major surface of that body and removing material from said initial first outer major surface to establish a modified first outer major surface surface, which is not parallel to the initial first external main surface, in order to change the crystallographic orientation of this single crystal body.
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.According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for changing the crystallographic orientation of a single crystal body, which includes a table configured to hold the single crystal body, having the ability to change the inclination at certain intervals with respect to at least one axis, an X-ray gun directed at the table, and an X-ray detector placed so as to detect X-rays refracted by a single crystal body. Such an apparatus additionally includes a grinding head configured to be placed over and in contact with the monocrystalline body located on the table; at the same time, the grinding head can rotate around the axis and move in the direction of this axis.
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 входом першого виконавчого механізму для забезпечення командного сигналу на основі порівняння між даними вивчення монокристалічного тіла і попередньо визначеною кристалографічною орієнтацією.According to another aspect of the present invention, there is provided a system for performing operations on a monocrystalline body to remove material at an angle, which includes a monocrystalline body study module having an x-ray gun directed at a single crystal body study table, an x-ray detector positioned to detect x-rays , refracted by a single crystal body lying on a table, and a data output device configured to provide data on the crystallographic orientation of the single crystal body from the refracted X-rays on the X-ray detector. Such a system further includes a processing table having a first actuating mechanism inputted with a command signal and configured to adjust the orientation of the processing table during an angled material removal operation in accordance with the command signal. A data processing module is also provided, the input of which is connected to the output of the monocrystalline body study module, which has such a configuration to receive data from the study of a single crystal body; while the output of the data processing module is connected to the input of the first executive mechanism to provide a command signal based on a comparison between the data of the study of the single crystal body and the predetermined crystallographic orientation.
Короткий опис малюнківA brief description of the drawings
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.The present description will be better understood, and its many distinctive features and advantages will be more apparent to those skilled in the art upon reading the accompanying drawings.
На Фіг. 1 представлена блок-схема процесу кристалографічної переорієнтації монокристалічного тіла згідно одному варіанту здійснення даного винаходу.In Fig. 1 presents a block diagram of the process of crystallographic reorientation of a single crystal body according to one embodiment of the present invention.
На Фіг. 2 представлена блок-схема іншого процесу кристалографічної переорієнтації монокристалічного тіла згідно одному варіанту здійснення даного винаходу.In Fig. 2 shows a block diagram of another process of crystallographic reorientation of a single crystal body according to one embodiment of the present invention.
На Фіг. ЗА-3О показані в перспективі монокристалічне тіло і стіл, придатний для процесу видалення матеріалу згідно одному варіанту здійснення даного винаходу.In Fig. ZA-3O shows a perspective view of a monocrystalline body and a table suitable for a material removal process according to one embodiment of the present invention.
На Фіг. 4А-4Е показана орієнтація монокристалічного тіла на столі для здійснення процесу видалення матеріалу під кутом згідно одному варіанту здійснення даного винаходу.In Fig. 4A-4E show the orientation of a monocrystalline body on a table for an angled material removal process according to one embodiment of the present invention.
На Фіг. 4Е показаний поперечний розріз монокристалічного тіла згідно одному варіанту здійснення даного винаходу.In Fig. 4E shows a cross section of a single crystal body according to one embodiment of the present invention.
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.In Fig. 5 is a top view showing a sapphire monocrystalline wafer having a generally c-plane orientation and a reference plane in accordance with one embodiment of the present invention.
На Фіг. бА показаний вид в перспективі сапфірового монокристалічного тіла і конкретні кути неузгодженої орієнтації згідно одному варіанту здійснення даного винаходу.In Fig. bA shows a perspective view of a sapphire single crystal body and specific angles of misalignment according to one embodiment of the present invention.
На Фіг. 68 показаний поперечний розріз сапфірового монокристалічного тіла по осі Х і зміна кутів неузгодженої орієнтації згідно одному варіанту здійснення даного винаходу.In Fig. 68 shows a cross-section of a sapphire monocrystalline body along the X-axis and a change in misalignment angles according to one embodiment of the present invention.
На Фіг. бС показаний вид в перспективі сапфірового монокристалічного тіла і конкретні кути неузгодженої орієнтації згідно одному варіанту здійснення даного винаходу.In Fig. bC shows a perspective view of a sapphire single crystal body and specific angles of misalignment according to one embodiment of the present invention.
На Фіг. 60 показаний поперечний розріз сапфірового монокристалічного тіла по осі У і відповідні кути неузгодженої орієнтації згідно одному варіанту здійснення даного винаходу.In Fig. 60 shows a cross-section of a sapphire monocrystalline body along the Y axis and the corresponding misalignment angles according to one embodiment of the present invention.
На Фіг. 7 представлена схема системи для здійснення операцій по видаленню матеріалу під кутом з монокристалічного тіла згідно одному варіанту здійснення даного винаходу.In Fig. 7 shows a diagram of a system for performing operations to remove material at an angle from a single crystal body according to one variant of the implementation of this invention.
На Фіг. 8 представлена детальна схема частини системи з Фіг. 7 згідно одному варіанту здійснення даного винаходу.In Fig. 8 presents a detailed diagram of part of the system from Fig. 7 according to one embodiment of the present invention.
На Фіг. 9 показано вид ов перспективі апарату для кристалографічної переорієнтації монокристалічного тіла згідно одному варіанту здійснення даного винаходу.In Fig. 9 shows a perspective view of an apparatus for crystallographic reorientation of a single crystal body according to one embodiment of the present invention.
Використання тих самих позначень на різних малюнках означає подібні чи ідентичні позиції.The use of the same designations in different figures means similar or identical positions.
Докладний опис винаходуDetailed description of the invention
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 (ЕКС) чи метод Куропулоса.In Fig. 1 presents a block diagram of the method of crystallographic reorientation of a single crystal body. The process begins at step 101 with the flattening of the side surface of a sheet of monocrystalline material. According to this particular process, the single crystal body is a sheet of single crystal material. The term sheet or sheet of monocrystalline material, as used herein, refers to a monocrystalline article having generally polygonal contours and, in particular, opposite, generally rectangular major surfaces. Moreover, a sheet of monocrystalline material is generally a larger piece of material from which a disk or smaller monocrystalline object can be cut. A monocrystalline body can be obtained using appropriate methods of crystal formation, such as the process of growing a profiled crystal with edge confinement and melt feeding (ECS) or the Kouropoulos method.
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.When specifically referring to the flattening of the side surface of the sheet, the flattening may include a material removal process. A suitable flattening process includes a grinding process, such as a coarse grinding process or a fine grinding process. According to one embodiment, the flattening of the side surface of the sheet includes a rough grinding process using a grinding wheel with a fixed abrasive and, in particular, a bonded abrasive.
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.In general, a single crystal body includes an inorganic material. Suitable inorganic materials can be oxides, nitrides, carbides and combinations thereof. In one particular embodiment, the monocrystalline body includes a metal oxide, such as aluminum oxide, or mixed oxides and combinations thereof. More specifically, the monocrystalline body is a sapphire body containing only alumina.
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, г-площину, п-площину, а-площину і т- площину. В залежності від бажаного застосування монокристалічного тіла певні орієнтації є бажаними.As described below, sapphire single crystal materials have several crystallographic planes and corresponding directions. When referring to specific orientations of sapphire single crystal bodies, typical planes in said sapphire body include c-plane, g-plane, n-plane, a-plane, and t-plane. Depending on the desired application of the single crystal body, certain orientations are desirable.
Лист монокристалічного матеріалу може мати загалом полігональну форму і, зокрема, загалом прямокутні частини, а отже характеризується такими розмірами, як довжина, ширина і товщина.A sheet of monocrystalline material can have a generally polygonal shape and, in particular, generally rectangular parts, and therefore is characterized by such dimensions as length, width and thickness.
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.Typically, length is the largest dimension; it can be equal to or greater than the width or thickness. Sheet width is typically the second largest dimension and is typically greater than thickness. Thickness is the smallest dimension and is typically less than length and width. In general, the length of the sheet is not less than about 7.5 cm. According to other embodiments, the length of the sheet is greater, such as not less than about 25 cm or not less than about 50 cm, not less than about 75 cm or not even less than about 100 cm. In general, the length of a sheet of monocrystalline material does not exceed about 200 cm.
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.The width of the sheet of monocrystalline material is generally not less than about 7.5 cm. In other embodiments, sheets of greater width may be used, such as not less than about 10 cm or not less than about 15 cm or even not less than about 50 cm.
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.As already described, thickness is generally the smallest dimension, and a sheet of monocrystalline material typically has a thickness of at least 0.5 mm before processing. In other embodiments, thicker sheets may be used, such as sheets with a thickness of at least about 1 mm, or at least 2 mm, or even at least about 5 mm. In general, the thickness of a sheet of monocrystalline material is no more than about 20 mm.
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.After the flattening of the first side surface of the sheet at step 101, the opposite side surface of the sheet of monocrystalline material can also be subjected to flattening. As such, this flattening step typically involves the same processes used to flatten the first side of the sheet, and in particular the grinding process.
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, г-пглощини чи т-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.As can be seen from fig. 1, after flattening the side surface of the sheet in step 101, the process continues in step 103 by studying this side surface of the sheet of monocrystalline material to identify the reference plane. Study methods may include direct study methods, which involve measurements directly from the surface, or alternatively, the study process may include indirect methods, where the orientation of the crystal is determined by measurements on another surface. According to one variant of the implementation, the process of studying the side surface of the sheet can be carried out by the X-ray diffraction method. When referring to the study of the lateral surface of a sheet of single crystal material for reference plane identification, in the specific context of sapphire single crystals, reference plane identification generally includes the identification of an a-plane, a p-plane, or a t-plane. However, it should be clear that any of the previously mentioned planes can be used as a reference, depending on the desired orientation of the single crystal body.
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.After examining the side surface of the sheet in step 103, the process may continue to remove material from that side surface of the sheet to align that side surface of the sheet with the identified reference plane in step 105. Removal of material from the side surface of the sheet may include typical abrasive processes such as grinding, and in particular coarse grinding process or fine grinding process. According to a specific embodiment, a suitable grinding process includes the use of a fixed abrasive, such as a grinding wheel.
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.In addition, after identifying the reference plane, the sheet can be set at an angle so that when the material is removed, it is removed in such a way that the side surface of the sheet is aligned with the identified reference plane. Such a process is suitable for orientation of the side surface of the sheet and, if so chosen, after removal from the sheet of smaller pieces of monocrystalline material, such as a disk; such disks are correctly oriented with respect to the identified reference plane.
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 монокристалічного матеріалу або, альтернативно, вони можуть здійснюватись на певній кількості листів. До того ж, такі етапи можуть бути взаємозамінними.After removing the material from the side surface of the sheet in step 105, the process continues by removing the surface layer (so-called skin layer) from the initial first outer main surface and the initial second outer main surface of the sheet in step 107. As already described, typically the sheet may have a generally polygonal shape with opposite and generally rectangular main surfaces, which are a first outer main surface and a second outer main surface. Removal of the surface layer in step 107 may include generally abrasive processes, such as grinding processes, and in particular a fine grinding process. In general, removing the surface layer includes removing no more than about 2 mm of material from the initial first outer main surface and the initial second outer main surface. It should be understood that all of the processes described above, namely the processes of step 101, step 103, step 105, and step 107, may be performed on individual sheets of monocrystalline material or, alternatively, they may be performed on a number of sheets. In addition, such stages can be interchangeable.
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 3 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,After removal of the surface layer in step 107, the process continues with the study of the initial first outer main surface in step 109. In accordance with one embodiment, the study process can be carried out by diffraction methods, such as, for example, X-ray diffraction. In particular, the study of the initial first outer main surface may include the correlation of the crystallographic orientation of the single crystal body with the orientation of the initial first outer main surface. That is, the general orientation of specific crystallographic planes and directions of a single crystal body can be compared with the orientation of the initial first outer main surface. At the end of such a study, one or more selected crystallographic planes are typically identified and compared to the 3-plane defined by the first initial outer principal surface. When doing this, one or more corners of inconsistent orientation are identified. The term "misalignment angle" as used here,
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.is defined as the angle between the direction normal to the selected crystallographic plane within the single crystal body and the selected projection of the corresponding crystallographic direction on the surface of the first outer main surface and the second outer main surface.
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.In the further description of the crystallographic orientation of a single crystal body, the term "tilt angle" is also used. As such, the tilt angle is a specific term that describes the angle formed between a vector normal to the surface of a single crystal body and a direction normal to a chosen crystallographic plane that describes the general orientation of that single crystal body.
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, т-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.For example, in the specific context of a sapphire single crystal, the first outer main surface of the single crystal body may have a generally c-plane orientation. Accordingly, the tilt angle describes only the relationship between the vector normal to the crystallographic c-plane and the vector normal to the surface of the single crystal body. Typically, such a c-plane orientation is not exactly coplanar with the first outer major face of the single crystal body, and typically the c-plane is oriented in such a way that it is inclined to another crystallographic plane (e.g., t-plane, a-plane) . In fact, c-plane orientation may include manufactured or intentional tilting of the generally planar surface away from the c-plane in various directions. For clarity, the tilt angle is only a measurement using the vector normal to the surface of the single crystal body, while the misalignment angle can describe the angle between the projection (ie, perpendicular to the plane or within the plane) of the single crystal body and the direction normal to any from numerous selected crystallographic directions. As such, the misorientation angle and the tilt angle may be the same angle when referring to a chosen crystallographic plane that describes the general orientation of the single crystal body.
У відповідності до одного конкретного варіанту здійснення, монокристалічним тілом є сапфірове монокристалічне тіло, що має загалом с-площинну орієнтацію з нахилом від с-площини 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 3,07, таким як не більший ніж приблизно 2,0" чи навіть не більший ніж приблизно 1,0". Типово, кут нахилу є не меншим ніж приблизно 0,027 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.In accordance with one particular embodiment, the single crystal body is a sapphire single crystal body having a generally c-plane orientation tilted away from the c-plane at an angle of inclination that does not exceed about 5.0". In other embodiments, a sapphire single crystal may be used, having a c-plane orientation deviated from the c-plane at a tilt angle of no greater than about 3.07, such as no greater than about 2.0" or even no greater than about 1.0". Typically, the tilt angle is not less than about 0.027 or not less than 0.05". Moreover, it should be noted that for certain applications a certain degree of tilt angle is desirable, i.e. such that the c-plane is deliberately not coplanar with the first outer main surface of the monocrystalline body.
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.After examining the initial first outer main surface in step 109, the process continues in step 111 by removing material from the specified initial first outer main surface to establish a modified first outer main surface. Characteristically, the plane established by the modified first outer main surface is not parallel to the plane defined by the original first outer main surface.
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.Therefore, the process of removing material in step 111 may include removing material from the initial first outer main surface at an angle. That is, the surface of the monocrystalline body is tilted or placed at an angle during the material removal process. This process contributes to the crystallographic reorientation of the single-crystal body, as well as the new determination of the angles of non-coordinated orientation.
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. Альтернативно, поверхня шліфування може бути нахиленою по одній чи більше осей відносно поверхні монокристалічного тіла.According to one embodiment of the present invention, the material removal process can be carried out as a grinding process, in particular an angle grinding process. In one particular embodiment, and as will be shown in further embodiments, during the grinding process, the monocrystalline body can be fixed in an inclined position along one or more axes relative to the grinding surface to perform an angle grinding operation. Alternatively, the grinding surface may be inclined along one or more axes relative to the surface of the single crystal body.
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 57, чи навіть не більший ніж приблизно 17".During the material removal operation at an angle, the direction normal to the initial first outer main surface of the monocrystalline body may define the first axis, and the direction normal to the grinding surface may define the second axis. The angle between the first axis and the second axis also determines the angle between the initial first outer main surface and the grinding surface during the material removal operation. As such, since the initial first outer main surface is angled to the grinding surface, the first axis and the second axis are at an angle to each other and are therefore not coaxial. Typically, the angle between these axes does not exceed about 30", and more typically it does not exceed about 15". In other embodiments, a smaller angle is used during grinding, such as no greater than about 10", or no greater than about 57", or even no greater than about 17".
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 С), 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.For clarity, abrasives can generally be classified as free abrasives and fixed or bonded abrasives. Free abrasives generally consist of abrasive grains or small particles in the form of a powder or in the form of a suspension in a liquid medium. Fixed abrasives generally differ from free abrasives in that the abrasive particles are in a matrix of material that fixes their position relative to each other. Fixed abrasives generally include bonded abrasives and coated abrasives. An example of a coated abrasive is sandpaper; coated abrasives are typically flat sheets (or some geometric modification of flat sheets with the formation of strips, cloths, etc.), the basis of which is a flexible substrate on which abrasive particles of different sizes and coatings are applied. On the other hand, bonded abrasives are generally not applied to such a substrate. In this case, the abrasive particles are fixed in position relative to each other due to the matrix of the binding material in which these particles are distributed. Such bonded abrasive components are generally formed and subjected to heat treatment at the vulcanization temperature of the binder matrix (typically above 750 C), at which the binder matrix softens, flows and moistens the abrasive particles, after which they are cooled. Various three-dimensional shapes can be used, such as circular, conical, cylindrical, truncated cone and various polygonal shapes, which can be formed as grinding wheels, grinding blocks, drill bits, etc. The specific grinding processes described here use fixed abrasive components in the form of bonded abrasives.
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.In accordance with one embodiment, the material removal process includes a rough grinding process. In general, in the rough grinding process, a fixed coarse abrasive may be used, which includes coarse abrasive grains and a matrix of binding material. The coarse abrasive grains may be conventional abrasive grains such as crystalline materials or ceramic materials, including alumina, silica, silicon carbide, zirconium corundum, and the like.
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.Additionally or alternatively, coarse abrasive grains may include superabrasive grains, including diamond, boron nitride, and mixtures thereof. In certain variants of implementation, it is envisaged to use superabrasive grains. In embodiments where superabrasive grains are used, non-superabrasive ceramic materials such as those mentioned above can be used as a filler.
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.In further references to a coarse abrasive, the coarse abrasive grains may have an average particle size of no greater than about 300 microns, such as no greater than about 200 microns, or even no greater than about 100 microns. In accordance with one particular embodiment, the average particle size of the coarse abrasive grains is in the range of about 2.0 microns to about 300 microns, such as in the range of about 10 microns to 200 microns, and more specifically in the range of about 10 microns to 100 microns . Typical coarse grains have an average particle size ranging from about 25 microns to 75 microns.
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. 95 зв'язувального матеріалу, наприклад не більше ніж приблизно 85 об. 95 зв'язувального матеріалу. Типово, грубий абразив включає не менше ніж приблизно З0 06.95 зв'язувального матеріалу чи навіть не менше ніж приблизно 40 об. 95 зв'язувального матеріалу. В одному конкретному варіанті здійснення грубий абразив включає кількість зв'язувального матеріалу в межах від приблизно 40 06.95 до 90 06.95. Приклади конкретних абразивних кругів включають ті, що описані в патентах США МоМо 6,102,789, 6,093,092 ї 6,019,668, включених в цей опис за посиланням.As already described, coarse abrasive includes a matrix of binding material. In general, organic or inorganic material can be used for the matrix. Suitable organic materials may include materials such as resins. Suitable inorganic materials may include ceramics, glass, metals or metal alloys. Suitable ceramic materials generally include oxide, carbides and nitrides. Particularly suitable glass materials may include oxides. Suitable metals include iron, aluminum, titanium, bronze, nickel, silver, zirconium, their alloys, etc. In one embodiment, the coarse abrasive comprises no more than about 90 vol. 95 of binding material, for example no more than about 85 vol. 95 binding material. Typically, the coarse abrasive includes not less than about 30 06.95 of binder material or even not less than about 40 vol. 95 binding material. In one particular embodiment, the coarse abrasive includes an amount of binding material ranging from about 40 06.95 to 90 06.95. Examples of specific abrasive wheels include those described in US Patent Nos. 6,102,789, 6,093,092 and 6,019,668, incorporated herein by reference.
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.In general, the process of rough grinding involves placing a rough single crystal body on a holder and rotating the single crystal body relative to a rough abrasive surface. In one particular embodiment, the grinding wheel may have an abrasive rim around the periphery.
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.The monocrystalline body can rotate with respect to the grinding wheel, and such rotation can be carried out in the same direction as the rotation of the grinding wheel, or in the opposite direction, and grinding occurs due to the displacement of the axes of rotation. According to one embodiment, the grinding process includes rotating the abrasive wheel at a speed greater than about 2000 revolutions per minute (rpm), such as greater than about 3000 rpm, say in the range of 3000 to 6000 rpm ./min. Typically, this uses a liquid coolant selected from aqueous or organic coolants.
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 абразиву можуть мати зломостійкість не меншу ніж приблизно 6,0 Мпа-м'?,In one particular embodiment, a coarse abrasive surface with self-sharpening properties is used. Unlike many conventional fixed abrasives, a self-sharpening abrasive generally requires no adjustment or additional conditioning during use and is therefore particularly suitable for precise, stable grinding. Due to the provision of self-sharpening properties, the binder matrix may have a special composition, porosity, and grain concentration to achieve the desired fracture of the binder matrix when wear edges develop in the abrasive grains. That is, the matrix of such a binding material breaks when wear edges develop due to increased load on the matrix. It is desirable that matrix fractures lead to the loss of worn abrasive grains and expose fresh grains and their associated cutting edges. In particular, the matrix of the binding material with the self-sharpening property of coarse abrasive can have a fracture resistance of not less than approximately 6.0 Mpa-m'?,
наприклад не меншу ніж приблизно 5,0 Мпа-м"?, чи краще в межах від приблизно 1,0 Мпа-м'!? до 3,0 Мпа-м'-.for example not less than about 5.0 MPa-m'?, or preferably in the range of about 1.0 MPa-m'!? to 3.0 MPa-m'-.
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. 95, наприклад не меншу ніж приблизноIn general, a coarse abrasive with the property of self-sharpening partially replaces the binding material with pores, typically interconnected pores. Accordingly, the actual content of the binding material is reduced relative to the above values. In one particular embodiment, the coarse abrasive has a porosity of no less than about 20 vol. 95, for example not less than approx
ЗО об.95, при типовому діапазоні від приблизно 30 06.95 до приблизно 80 об.95, наприклад від приблизно 30 об. 95 до приблизно 70 об.95. У відповідності до одного варіанту здійснення, грубий абразив має пористість не меншу ніж приблизно 20 об. 95, таку як не менша ніж приблизно 30 об. 95, при типовому діапазоні від приблизно 30 06.95 до приблизно 80 об. 95, наприклад від приблизноZO ob.95, with a typical range from about 30 06.95 to about 80 ob.95, for example from about 30 ob. 95 to about 70 rev.95. According to one embodiment, the coarse abrasive has a porosity of at least about 20 vol. 95, such as not less than about 30 vol. 95, with a typical range of about 30 06.95 to about 80 rev. 95, for example from approx
ЗО об. 96 до приблизно 70 об. 95. У відповідності до одного варіанту здійснення, грубий абразив має пористість від приблизно 50 об. 95 до приблизно 70 об. 95. 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.ZO vol. 96 to about 70 rev. 95. According to one embodiment, the coarse abrasive has a porosity of about 50 vol. 95 to about 70 rev. 95. It should be understood that the pores may be open or closed and that in coarse abrasives having a higher percentage of porosity, the pores are generally open, interconnected. The pore size may generally range from about 25 microns to about 500 microns, such as from about 150 microns to about 500 microns.
Попередні цифри у відношенні пор і ті, що наведені тут, визначаються різними компонентами попередньої обробки чи попереднього шліфування.The previous pore numbers and those given here are determined by the various pretreatment or pregrinding components.
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. 95, не більше ніж приблизно 40 об. 95, не більше ніж приблизно 30 об. 95, не більше ніж приблизно 20 об. 95 чи навіть не більше ніж приблизно 10 об. 95 грубих абразивних зерен. В одному конкретному варіанті здійснення грубий абразив включає не менше ніж приблизно 0,5 06.95 і не більше ніж приблизно 25 06.95 грубих абразивних зерен, наприклад в межах від приблизно 1,0 об. 95 до не більше ніж приблизно 15 об. 95 грубих абразивних зерен, чи краще в межах від приблизно 2,0 об. 95 до не більше ніж приблизно 10 об. 95 грубих абразивних зерен.According to one embodiment, the content of coarse abrasive grain is limited in order to further improve the self-sharpening ability. For example, a coarse abrasive contains no more than about 50 vol. 95, no more than about 40 vol. 95, no more than about 30 vol. 95, no more than about 20 vol. 95 or even no more than about 10 vol. 95 coarse abrasive grains. In one particular embodiment, the coarse abrasive includes not less than about 0.5 06.95 and not more than about 25 06.95 coarse abrasive grains, for example ranging from about 1.0 vol. 95 to no more than about 15 rev. 95 coarse abrasive grains, or better in the range of about 2.0 vol. 95 to no more than about 10 rev. 95 coarse abrasive grains.
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.During the angled material removal process used for crystallographic reorientation, a total of not less than about 200 microns of material is removed from the first outer major surface to establish the modified first outer major surface.
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 йдеться про кількість видаленого матеріалу, наведені цифри представляють найбільшу кількість матеріалу, видаленого з якоїсь частини поверхні монокристалічного тіла.In other embodiments, a larger amount of material may be removed depending on the desired orientation, such as not less than about 300 microns or not less than about 400 microns of material. Typically, the amount of material that is removed to install the modified first outer base surface does not exceed about 700 microns. Since the angled material removal process can remove different amounts of material from different parts of the surface, it should be understood that when referring to the amount of material removed, the figures given represent the largest amount of material removed from any part of the surface of the monocrystalline body.
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.After completing the process of removing material at an angle to install the modified first outer main surface in step 111, the process continues in step 113 by examining the initial second outer main surface. As already described, in general, the initial second outer main surface has the opposite main plane or surface of the first outer main surface. The study of the initial second outer main surface can be carried out in accordance with the process described above in relation to the study of the initial first outer main surface. Alternatively, the study of the initial second outer major surface can be an optional process where the crystallographic orientation of the single crystal body is known from the study of the initial first outer major surface and the misalignment angle can be calculated and adjusted based on the first study.
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.Accordingly, after optionally examining the initial second outer main surface in step 113, the process continues in step 115 by removing material from said initial second outer main surface to establish a modified second outer main surface.
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.It should be understood that the removal of material from the original second outer main surface to install the modified second outer main surface may involve the same processes as described above for step 111. Typically, the single crystal body may be at an angle to the grinding surface such that that material is removed at an angle from the original second outer main surface to establish a modified second outer main surface, thereby providing a crystallographic reorientation of the single crystal body and a change in the misalignment angle.
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 0,17, чи більшими ніж приблизно 0,2", чи навіть більшими ніж приблизно 0,37. 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 0,057. В інших варіантах здійснення кути неузгодженої орієнтації можуть бути меншими після видалення матеріалу, такими що не перевищують приблизно 0,047, не перевищують приблизно 0,037 чи навіть не перевищують приблизно 0,027.With specific reference to the misalignment angles, generally prior to material removal from the initial first and initial second outer major surfaces, the misalignment angles are generally greater than about 0.05". According to one embodiment, the misalignment angles are greater prior to the material removal process. , such as greater than about 0.17, or greater than about 0.2", or even greater than about 0.37. However, after performing a material removal process to establish modified surfaces and provide crystallographic reorientation, the misorientation angle can be reduced so that the misorientation will not generally exceed about 0.057. In other embodiments, the misalignment angles may be smaller after material removal, such as not exceeding about 0.047, not exceeding about 0.037, or even not exceeding about 0.027.
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 0,017. 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 0,27, чи навіть не меншу ніж приблизно 0,57. Загалом, зміна одного чи більше кутів неузгодженої орієнтації не перевищує приблизно 10", а точніше не перевищує приблизно 57.As such, removal of material to establish the modified first outer main surface and the modified second outer main surface generally changes one or more misalignment angles by an amount of delta (D) that is no less than about 0.017. In other embodiments, it is possible to vary the misalignment angle by a larger delta value, such as not less than about 0.05", or not less than about 0.1", or not less than about 0.27, or even not less than about 0.57. In general, the change in one or more misalignment angles does not exceed about 10", and more specifically does not exceed about 57".
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.From Fig. 1, it can be seen that after material has been removed from both major surfaces of the sheet, the process continues at step 117 by cutting the sheet to remove the disk. In general, the disc removal process may include a cutting process. In particular, the cutting process may use abrasive water jet treatment to remove one or more discs from a larger sheet.
Альтернативно, в іншому варіанті здійснення, операція видалення серцевини може включати операцію колонкового свердління, при якому застосовується ультразвук. Має бути зрозумілим, що вказаний диск, видалений 3 листа монокристалічного матеріалу, буде мати таку саму кристалографічну орієнтацію, що й оброблений лист.Alternatively, in another embodiment, the core removal operation may include a column drilling operation in which ultrasound is used. It should be understood that the indicated disc removed from 3 sheets of single crystal material will have the same crystallographic orientation as the machined sheet.
З листа монокристалічного матеріалу більшого розміру можна видалити один чи більше дисків.One or more disks can be removed from a larger sheet of monocrystalline material.
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.In general, a disc is a single crystalline article having a substantially circular outer periphery and a first major surface and a second major surface with side surfaces located between and connecting the first major surface and the second major surface. It should be understood that such disks can form plates, that is, the disk can be a single plate or, alternatively, the disk can be subjected to further processing to obtain a certain number of plates.
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 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.It should be understood that before removing the discs or after removing the discs, the single crystal bodies that remain can be further processed to obtain articles suitable for use. Typically, further processing may include additional grinding processes, such as a fine grinding operation, a lapping operation or a polishing operation. During such a fine grinding operation, scratches formed during a previous coarse grinding operation, such as an angled material removal operation, are removed. As such, the fine grinding operation removes no more than approximately 200 microns of material. Other fine grinding operations may remove less, such as no more than about 100 microns, or no more than about 50 microns, or even no more than about 25 microns. In general, however, a fine grinding operation removes no less than about 10 microns of material.
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).Typically, after such finishing operations, monocrystalline bodies can also be subjected to the process of removing residual stress. Such processes may include etching or annealing. Furthermore, further processing such as polishing may be provided to ensure correct geometry. Typically, such polishing operations involve the use of a free abrasive, such as a chemical mechanical polishing (CMP) process.
Представлена на Ффіг.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, 2051 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.The block diagram presented in Fig. 2 illustrates another process of obtaining a crystallographically reoriented single crystal body. In particular, in Fig. 2 presents a process aimed at the crystallographic reorientation of disks of single crystal material, which can later be converted into one or more plates, in contrast to the process of FIG. 1, which is aimed at crystallographic reorientation of a sheet of monocrystalline material from which discs can then be cut. Accordingly, the processing steps are generally the same, except that discs are cut from monocrystalline sheets at an early stage of the process and each of these discs is individually subjected to a material removal operation. As can be seen in Fig. 2, steps 201, 203, 2051 207 are the same steps that were carried out in fig. 1. Accordingly, after initially flattening the sheet, studying the sides of the sheet, removing material from the sides of the sheet to align the sides of the sheet with the reference plane, and removing the surface layer from the sheet of monocrystalline material, discs may be cut at step 209. After removing the disc at step 209 processes continue in the same way as it was described in relation to Fig. 1. As such, steps 211-217 are the same, except that they are performed not on sheets, but on disks.
При конкретному посиланні на геометрію диску, загалом має суттєво кругову зовнішню периферію.With specific reference to disc geometry, it generally has a substantially circular outer periphery.
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 приблизноMoreover, the disk generally has a diameter of no less than about 7.5 cm. According to another embodiment, the diameter of the disk may be larger, for example no less than about 8 cm, or 9 cm, or even no less than about 10 cm. Typically, the disc diameter does not exceed approx
ЗО см.ZO see
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.In general, the thickness of the disk does not exceed about 10 mm before the material is removed. In other embodiments, discs with a thinner profile can be used, the thickness of which does not exceed about 5 mm, or does not exceed about 2.5 mm, or even does not exceed 0.5 mm before removing material from both major outer surfaces.
На Фіг. ЗА-30 представлений вид у перспективі монокристалічного диску, який піддається обробці по видаленню матеріалу. Диск 301 на Фіг. ЗА 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.In Fig. ZA-30 presents a perspective view of a monocrystalline disc that is subject to material removal processing. Disc 301 in Fig. ZA is on table 303, which includes a certain number of parts. In particular, the table 303 includes a part 305 that is capable of rotating, ensuring rotation of the disc during the material removal operation. The table 303 also includes a first part for tilting 307, which is able to tilt the disk 301 lying on it, around the axis 311. Characteristically, the axes 308 and 311 are orthogonal axes that lie in directions parallel to the plane of the disk. This design allows the disk 301 to be tilted to selectively remove material over a large number of angles when rotated 360". In particular, the tilting parts 307 and 309 have the ability to provide tilting in a certain interval, so that each tilting interval does not exceed about 0.025 degrees, and more typically does not exceed about 0.02 degrees Other tables may provide greater precision such that each tilt interval will not exceed 0.01 degrees.
На Фіг. ЗВ 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.In Fig. 3 shows a perspective view of the disk 301 on the table 303 in relation to the grinding apparatus 315. As can be seen, after tilting the disk to a selected angle, material can be removed from the initial first outer main surface of the disk 301. As already described, one such process for removing material there is a grinding process, for which the grinding device 315 comes into contact with the disk 301. Characteristically, in addition to the rotation of the grinding device 315, the possibility of rotation of the table 303 and the disk 301 is provided. In accordance with one variant of implementation, the grinding device 315 and the table 303 rotate in opposite directions directions In addition to the rotational movement, the table has the ability to move in the direction of the axis 317, or rather the table 303 and the disk 301 can move forward and backward along the axis 317.
На Фіг. ЗС 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.In Fig. ZS disc 301 is shown inverted to represent the initial second outer main surface. After removing material from the initial first outer major surface of the disc 301 to install its modified first outer major surface, the disc 301 may be inverted on the table 303 to begin removing material from the initial second outer major surface of the disc 301. It should be understood that after forming the modified first outer major surface of the outer main surface, this surface is set at an angle and oriented accordingly so that after turning over the disk 301 it is possible to remove the material on the initial second outer main surface without another step of study.
Як видно на Фіг. ЗО, 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.As can be seen in Fig. 30, after turning the disk 301, its initial second outer main surface becomes available for the material removal process. As shown and in accordance with one embodiment, such a material removal process again involves a grinding operation.
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.However, as shown, since the initial first outer main surface of the disc 301 has been modified as described above and the orientation of the disc 301 has been changed with respect to the modified first outer main surface, after grinding the initial second outer main surface, the disc 301 may not need to be tilted. During this operation, the initial second outer main surface is subjected to a grinding operation to modify the crystallographic orientation of the initial second outer main surface and bring it substantially parallel to the plane defined by the modified first outer main surface.
На Фіг. 4А-4Е 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.In Fig. 4A-4E show an alternative material removal operation. Yes, Fig. 4A is a top view of a monocrystalline body resting on a table 402 having a rotatable portion 403 and a tilting means 405 that can tilt the table 402 about an axis 406. Accordingly, after examining the monocrystalline body 401 from the side of the first initial outer main surface and determining the misalignment angle, the single crystal body 401 can be mounted and oriented on the table 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.As shown in Fig. 4A, the first step in the material removal step includes rotating the single crystal body 401 on the table 401 using the rotary part 403 until the single crystal body 401 reaches the desired orientation with respect to the tilt axis 406.
На Фіг. 4АВ 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 7 і коаксіальною з напрямком Х. 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 7, чим забезпечується процес видалення матеріалу під кутом і зміна кристалографічної орієнтації монокристалічного тіла 401 по відношенню до поверхні монокристалічного тіла 401.In Fig. 4AB is a side view of a single crystal body 401 on a table 402. After rotating the single crystal body 401 on a table 401, the single crystal body 401 can be further oriented for the material removal process at an angle by tilting means 405. As shown, the single crystal body 401 can be tilted about an axis slope 406, which, as shown in Fig. 4B, is perpendicular to the direction 7 and coaxial with the direction X. The inclination of the single crystal body 401 places it at an angle such that the direction 407, which is normal to the plane defined by the initial first outer main surface, is not coaxial with the direction 7, which the process of removing material at an angle and changing the crystallographic orientation of the single crystal body 401 in relation to the surface of the single crystal body 401 is provided.
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.In Fig. 4C shows a side view of the monocrystalline body 401 on the table 402 after it has been subjected to the material removal process. It is characteristic that after the orientation of the single crystal body 401 by appropriate rotation and tilt, the process of material removal can be immediately started. As shown in Fig. 4C, the grinding process is carried out in such a way that the original first outer main surface is removed at an angle with respect to the plane defined by the initial first outer main surface, thereby establishing the modified first outer main surface 408. Accordingly, the single crystal body 401 will be shaped such that a portion of this body will have a different thickness in cross-section than other parts of it.
На Фіг. 4Є 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.In Fig. 4E shows a side view of the monocrystalline body 401 on the table 402. Characteristically, after removing the material to install the modified first outer main surface 408, the table 402 can be returned to its original position without tilting. In this position, the monocrystalline body 401 can be flipped so that the modified first outer main surface 408 contacts the table 402 and the opposite main surface, which is the original second outer main surface 409, becomes available for the material removal process. The appropriate crystallographic orientation of the single crystal body 401 with respect to the initial second outer major surface may not require a study process or a tilting process in this particular embodiment because the first outer major surface has been modified and the desired crystallographic reorientation has been initiated with respect to the first surface.
На Фіг. 4Е 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.In Fig. 4E shows a side view of the monocrystalline body 401 on the table 402 after the angled material removal process has been performed. As can be seen, the original second outer main surface has been removed and a modified second outer main surface 410 has been formed. This modified second outer main surface 410 defines a plane that is parallel to the plane defined by the modified first outer main surface 408.
На Фіг. 4Е 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. 4Е, затемнені частини показують той об'єм, який типово видаляється з бокових поверхонь під час такого процесу.In Fig. 4E shows a cross section of a single crystal body 401 after treatment of both major surfaces for crystallographic reorientation. The monocrystalline body 401 shown has a modified first outer main surface 408, a modified second outer main surface 410, and side surfaces 412 and 413 at an angle. It should be understood that due to material removal processes at an angle on the main surfaces, the side surfaces 412 and 413 may exhibit an angle that gives the monocrystalline body a parallelogram type cross-sectional shape. According to one embodiment, after forming the modified first and second outer main surfaces 408 and 410, the side surfaces 412 and 413 of the single crystal body 401 may be subjected to a material removal process, such as a grinding process, to make these surfaces perpendicular to the main surfaces. As shown in Fig. 4E, the shaded portions show the volume that is typically removed from the lateral surfaces during such a process.
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, г-площинна орієнтація, т-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, т-площина чи г-площина.With specific reference to the types of single crystal materials, in accordance with one embodiment, a suitable single crystal body for crystallographic reorientation may include a sapphire single crystal. As such, Fig. 5 illustrates a top view of the sapphire monocrystalline body 501. Characteristically, the monocrystalline body 501 is disc-shaped, or more precisely, a plate suitable for forming electronic devices on it. Although it is clear that sapphire single crystal bodies can have different orientations, such as a-plane orientation, g-plane orientation, t-plane orientation, or c-plane orientation, presented in FIG. 5 embodiment shows a single crystal sapphire plate having a generally c-plane orientation, since the upper surface 502 of the single crystal body 501 is defined mainly by the crystallographic c-plane. As can also be seen, the single crystal body 501 includes a reference plane 503, which corresponds to the crystallographic c-plane of the sapphire crystal and may also correspond to another plane in addition to the c-plane, such as a-plane, t-plane or g-plane.
Для більшої ясності передбачені Фіг. бА-60О, на яких представлено сапфірове монокристалічне тіло і кути неузгодженої орієнтації (ба, Ус і бт) відносно конкретних кристалографічних площин в монокристалічному тілі, а також напрямки (чи проекції), що відповідають цим площинам на поверхні монокристалічного тіла. Зокрема, Фіг. бА показує вид в перспективі монокристалічного тіла 601, яке має перший комплект осей, що представляють три напрямки (х, у і 7), які відповідають проекціям кристалографічних напрямків а, т і 7, відповідно, в межах початкової першої зовнішньої основної поверхні 603 монокристалічного тіла 601. Додатково, Фіг. бА включає другий комплект осей, що представляють три напрямки (а, т і с), які відповідають кристалографічним напрямкам (тобто, напрямкам, що є нормальними до відповідно позначених кристалографічних площин) в межах монокристалічного тіла 601. На Фіг. бА також показані кути неузгодженої орієнтації 605, 607 і 609, які відповідають різниці між осями, що представляють три напрямки (Х, у і 7), і осями, що представляють три кристалографічні напрямки (а, т 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.For greater clarity, Fig. бА-60О, which show the sapphire single-crystal body and the angles of mismatched orientation (ба, Ус and бт) relative to specific crystallographic planes in the single-crystal body, as well as the directions (or projections) corresponding to these planes on the surface of the single-crystal body. In particular, Fig. bA shows a perspective view of a single crystal body 601 having a first set of axes representing three directions (x, y, and 7) corresponding to the projections of the crystallographic directions a, t, and 7, respectively, within the initial first outer major surface 603 of the single crystal body 601. Additionally, Fig. bA includes a second set of axes representing three directions (a, t, and c) that correspond to crystallographic directions (ie, directions normal to the correspondingly labeled crystallographic planes) within the single crystal body 601. In FIG. Also shown in bA are the misalignment angles 605, 607, and 609, which correspond to the difference between the axes representing the three directions (X, y, and γ) and the axes representing the three crystallographic directions (a, t, and c). More specifically, misalignment angles 605, 607, and 609 represent the misalignment between the projections on the initial first outer main surface 603 and the corresponding crystallographic directions in the single crystal body 601.
На Фіг. 6В показано поперечний розріз монокристалічного тіла 601, якщо дивитись по осі х.In Fig. 6B shows a cross-section of the monocrystalline body 601, viewed along the x-axis.
Зокрема, Фіг. 6В показує кути неузгодженої орієнтації 605 (який є також кутом нахилу) і 607 між напрямками 7 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 т-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 603 видаляється, щоб встановити модифіковану першу зовнішню основну поверхню 611, яка не є паралельною початковій першій зовнішній основній поверхні 603.In particular, Fig. 6B shows misalignment angles 605 (which is also a tilt angle) and 607 between the 7 and y directions, respectively. In accordance with the embodiments described herein, the monocrystalline body may be subjected to a material removal process to change the original first outer main surface 603 to a modified first outer main surface 611 that is not parallel to the original first outer main surface 603. As previously described, the removal process material may include a grinding process and may include tilting the initial first outer main surface of the single crystal body 601 relative to the grinding surface. In order to change the crystallographic orientation of the single crystal body and, in particular, to change the misalignment angles 605 and 607 associated with the c-plane and the t-plane, respectively, material is removed from the single crystal body 601 to establish a modified first outer major surface 611 .For purposes of clarity and illustration, the triangular-shaped portions 612 and 613 show the material removal process at an angle, and in particular, the portions 612 and 613 are removed so that the original first outer base surface 603 is removed to install a modified first outer base surface 611 that does not is parallel to the initial first outer main surface 603.
Після видалення матеріалу і формування модифікованої першої зовнішньої основної поверхні 611 с- площина і т-площина переорієнтуються по відношенню до модифікованої першої зовнішньої основної поверхні 611 і, отже, ступінь неузгодженої орієнтації по відношенню до т-площини і с-площини може змінитись.After removing the material and forming the modified first outer main surface 611, the c-plane and the t-plane are reoriented with respect to the modified first outer main surface 611 and, therefore, the degree of misalignment with respect to the t-plane and the c-plane may change.
Як видно з Фіг. 6С, після формування модифікованої першої зовнішньої основної поверхні 611 напрямок осі у ії т-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 а-площини може бути змінений.As can be seen from Fig. 6C, after the formation of the modified first outer main surface 611, the axis direction of the t-plane shares the same vector. As such, the same process can be carried out so that the angle of misalignment with respect to the direction of the x-axis and the a-plane can be changed.
На Фіг. 60 показано поперечний розріз монокристалічного тіла 601, якщо дивитись по осі у. НаIn Fig. 60 shows a cross-section of a single-crystal body 601, viewed along the y-axis. On
Фіг. 60 показані кути неузгодженої орієнтації 605 і 609 між віссю 7 і віссю х, відповідно. Попередня переорієнтація, що сформувала модифіковану першу зовнішню основну поверхню 611 по відношенню до осі у їі нормальний напрямок т-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 ії 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 їі, 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.Fig. 60 shows misalignment angles 605 and 609 between the 7-axis and the x-axis, respectively. The previous reorientation that formed the modified first outer main surface 611 with respect to the y-axis and the normal direction of the t-plane effectively re-defined the original first outer main surface for the sapphire single crystal body 601. As such, the sapphire single crystal body 601 can be subjected to a second removal process material for crystallographic reorientation and changing the angles of mismatched orientation 605 and 609 by studying and processing the surface of a single crystal body along the x axis. As shown, the sapphire single crystal body may be subjected to a material removal process such as grinding where the modified first outer main surface 611 is inclined with respect to the grinding surface so that the modified second outer main surface 612 is defined with respect to the x-axis. During such a grinding process, the triangular-shaped areas 612 and 613 are removed, so that the c-plane and a-plane are reoriented with respect to the modified second outer main surface 612 and, therefore, the degree of misalignment with respect to the a-plane changes. It should be understood that although the grinding process has been described as a multi-step process relative to a single grinding process for each of the two different orthogonal directions (ie, the y-axis and the x-axis), this grinding process may be modified as described herein in various embodiments to implement changes in crystallographic orientation in several directions within a single grinding process.
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.In Fig. 7 presents a system for performing material removal operations at an angle. In Fig. 7 shows the learning module 701, the output of which is connected to the input of the data processing module 703. The data processing module also includes a first output connected to the input of the first processing table 705 and a second output connected to the input of the second processing table 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.In general, the study module 701 includes an X-ray gun and an X-ray detector oriented around a single crystal body study table. After studying a single crystal body, the study module generates data 707 for that single crystal body and can provide single crystal body study data 707 to the data processing module 703. The study data 707 typically includes crystal orientation data. In accordance with one variant of the implementation, the study data 707 may include data that relates the physical orientation of the single crystal body, as determined by its external surfaces, with the crystallographic orientation. In one particular embodiment, the study data 707 of the single crystal body includes information regarding the identification of a reference plane in the single crystal body. In another embodiment, the study data 707 of the single crystal body may include information regarding the misalignment angles with respect to the initial main first outer surface of the single crystal body.
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.The data processing module 703 receives the study data 707 of the monocrystalline body and generates a command signal to control the material removal operation at an angle at the selected processing stage. Since this system can perform various angled material removal operations, such as, for example, an angled material removal operation to form a reference plane or an angled material removal operation to change the misaligned orientation angles on the initial first outer main surface, the data processing module 703 can be used to generate various command signals. Such command signals may then be applied to appropriate processing desks (eg, 705 or 711) to perform the appropriate operation.
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 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.For example, in one embodiment, the data processing module 703 receives study data 707 from the single crystal body study module 701 and processes this study data 707 to generate a command signal that represents the error between the current orientation of the single crystal body and the desired orientation based on the predetermined crystallographic orientation. The command signal is applied to the processing table and regulates its orientation. In one particular embodiment, the command signal 709 includes data that refers to the first processing table 705, which is suitable for performing a process of removing material at an angle on the first outer main surface of the monocrystalline body in order to change at least one angle of misalignment.
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.Alternatively, in another embodiment, the data processing module 703 provides a command signal 713 to the second processing table 711, which includes data necessary to perform an angled material removal operation on the side surface of the monocrystalline body to define a reference plane or "flat". Characteristically, such processes are different and may require different machining tables, as well as different command signals, since in one operation the first outer main surface of the monocrystalline body is machined, while in another operation the side surfaces of this monocrystalline body are machined.
Загалом, обробка даних вивчення 707 модулем 703 обробки даних може здійснюватись з використанням апаратних засобів ЕОМ, програмно-апаратних засобів чи програмного забезпечення.In general, the processing of study data 707 by the data processing module 703 may be performed using computer hardware, software, or software.
Наприклад, модуль обробки даних може включати вентильну матрицю, що програмується користувачем (ЕРОА), спеціалізовану інтегральну мікросхему (АБІС), програмне забезпечення з комп'ютерним управлінням чи їх комбінацію.For example, the data processing module may include a user-programmable gate matrix (PGA), a specialized integrated circuit (ASIC), computer-controlled software, or a combination thereof.
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.In Fig. 8 shows in more detail the position 715 of Fig. 7 is a diagram of the data processing module 803 and shows the processing table 809 with the monocrystalline body 813. The data processing module 803 contains a memory 805, the input of which is connected to the output of the monocrystalline body study module for obtaining study data 801, and the output is connected with the data processor 807. The memory 805 can store instructions for the data processor 807 and call them after receiving the study data 801, so that the data processor 807 can process the monocrystalline body study data and generate a command signal 815 that is fed to the processing table 809. How already described, the study data 801 may include different types of data depending on the desired process and accordingly the memory 805 and the data processor 807 may include several programs and algorithms to appropriately change the study data 801 via the command signal 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.As can be seen, the processing table 809 includes an actuator 811, the input of which is connected to the data processor 807 to receive a command signal 815. After receiving the command signal 815, the actuator 811 adjusts the orientation of the processing table 809 and the monocrystalline body 813 located on it, relative to the grinding surface 817 based on the command signal 815. In accordance with one embodiment, the actuator 811 can control the inclination of the machining table 809 about a first axis located in a plane defined by the main surface of the machining table 809. In accordance with another embodiment, processing table 809 includes more than one actuator to control movement of processing table 809 in multiple directions. In one embodiment, another actuator is used to control the tilt of the processing table 809 about a second axis that is generally orthogonal to the first axis and lies in the same plane. In accordance with another embodiment, the processing table 809 may include another executive mechanism that receives a command signal from the data processor 807 and may rotate the processing table 809 in the plane of its main surface.
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.It should be understood that multiple command signals may refer to multiple actuators to control movement of the processing table in different directions. As such, data processor 803 and processing table 809 may include additional or intermediate components such as multiplexers and digital logic circuits other than those shown. Moreover, while such embodiments have demonstrated changing the angle of the grinding table 809 relative to the grinding surface 817, such controls may be used to change the angle of the grinding surface 817 relative to the grinding table 809 or, alternatively, such controls may be used to control both the grinding surface and the grinding table 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.In Fig. 9 shows in perspective the apparatus for changing the crystallographic orientation of a single crystal body. Fig. 9 includes a monocrystalline body 901 on a table 903, an X-ray gun 905 placed above the table 903 and aimed at the monocrystalline body 901. It should be understood that this table has the ability to tilt at certain intervals and is suitable for carrying out the material removal process at an angle.
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 поліпшене управляння процесом переорієнтації, оскільки монокристалічне тіло може вивчатись до, під час і навіть після операції видалення матеріалу під кутом.The apparatus also includes a corresponding detector 907 positioned to detect the X-rays generated by the gun 905 and refracted by the single crystal body 901. The apparatus is equipped with a grinding surface 909, such as a grinding wheel, placed above the single crystal body 901 and a table 903 that comes into contact with the single crystal body during the grinding operation. Such an apparatus provides the implementation of a combination of processes, such as the study of a single crystal body 901 and the removal of material for its crystallographic reorientation. Moreover, presented in Fig. 9, the apparatus provides improved control over the reorientation process, since the single crystal body can be studied before, during, and even after the angled material removal operation.
ПРИКЛАДEXAMPLE
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 (ЕКС). Кожний з вирощених монокристалічних листів мав неузгодження орієнтації приблизнож0О,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.Table 1 shows data for 21 samples obtained according to the following processing method. Twenty-one single-crystal sapphire discs were cut from several larger single-crystal sapphire sheets grown using the edge-confined melt-fed profile crystal growth (ECP) technique. Each of the grown single crystal sheets had an orientation mismatch of approximately 0.5 degrees from the selected crystallographic orientation; typically this was the c-plane orientation. Each of the sheets was first visually inspected for defects, examined under polarized light, after which they were studied using X-ray research methods. After that, a map was drawn on each sheet and marked for cutting and removing single crystal sapphire discs. In total, 4 single crystal disks were removed from each single crystal sheet.
Після цього кожний монокристалічний диск перевіряли і шліфували до діаметру біля 2 дюймів.After that, each monocrystalline disc was inspected and ground to a diameter of about 2 inches.
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.Each single crystal disc was cleaned and studied using X-ray diffraction to determine the orientation of a specific reference plane that would correspond to the base plane. After the identification of the selected reference plane, for example, the α-plane, a base was formed on each of the sapphire single-crystal discs using a surface grinding machine.
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.After the formation of the base, the monocrystalline disc was mounted on a flat plate with the help of wax and cleaned by grinding the first outer main surface. After cleaning, the single crystal disk was studied using X-ray diffraction and the orientation of the first outer main surface was calculated relative to the predetermined crystallographic orientation. After that, the single crystal disc was fixed on the sine plate and the orientation of the single crystal disc in relation to the grinding surface was adjusted so that the single crystal disc was placed at an angle to the grinding surface. The angle grinding operation of each of the samples listed below lasted from about 30 minutes to about 2 hours, depending on the correction required.
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.After the angle grinding operation, the first outer main surface of each of the monocrystalline disks was studied using X-ray diffraction. During the study, certain angles of mismatched orientation of single-crystal disks were measured and recorded. If necessary, the monocrystalline discs were again subjected to angle grinding operations for further correction. After processing the first outer main surface, the discs were turned over and the second outer main surface was corrected using the same process as on the first outer main surface.
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.After adjusting the orientation of the second outer main surface, each of the samples was ground on both sides and cleaned. The side surfaces of each of the monocrystalline discs were ground, and the discs were again cleaned, annealed, polished, cleaned and retested.
Таблиця 1 разок : . осі А (градуси) осі М (градуси) (градуси) (градуси) ни и сх ПО ПО с ПОЛЯ ПОЛ Тк ПО ПО Ж З 77772... 006 1... 004 | (ОВ | из 77773... 009 2 ющ| 003 | 009 | -0,02 Ж жНЧБ 7771774. 009 1 002 | 01 | -008 2 жЩ(( 771776. 0021777 солі 7711102 77711102 72877117 1711110007.7 17777 0008777 |... 01177711 -89.2Ю 777798. .605 17777003 | щ004 | .юЮЦрР 002 2177 17111110007 17777170 1007 | юЮюфщщом 7719... 009 1 001 | щ009 2 ющЩ | -0,03 Ж ЖжКЖКФ |і 7207 Ї7771711710177711717177171717111009 | 04 | ..ЮюЮюЮю-0082Ююжк 22111111 71111омв 1771111 с005.7. | ов 1777-0062 оо Вимоаї// | 77777777777771777771717171717171717171111Ї7111ко2 | -ютTable 1 time: . A-axis (degrees) M-axis (degrees) (degrees) (degrees) y y x PO PO s POLYA POL Tk PO PO Z Z 77772... 006 1... 004 | (ОВ | из 77773... 009 2 yush| 003 | 009 | -0.02 ЖНЧБ 7771774. 009 1 002 | 01 | -008 2 жШ(( 771776. 0021777 salts 7711102 77711102 72877117 1717.1707771007710777100777107771007 01177711 -89.2Y 777798. .605 17777003 | Sh004 |.. 0082 Yuyuzhk 22111111 71111омв 1771111 с005.7. | ов 1777-0062 oo Vymoai// | 77777777777771777771717171717171717171111Ї7111ко2 | -yut
В Таблиці 1 наведені дані для 21 зразка, отриманого у відповідності до вищеописаної методики.Table 1 shows data for 21 samples obtained in accordance with the above-described method.
Кожний із сапфірових зразків має загалом с-площинну орієнтацію. Кути неузгодженої орієнтації відносно а-осі і т-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 т-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 т-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.Each of the sapphire samples has a generally c-plane orientation. The angles of misalignment relative to the a-axis and t-axis, which correspond to the crystallographic planes in sapphire single-crystal discs, are defined and given above. It is noteworthy that the average angles of misalignment for 21 samples relative to the a-axis and t-axis are small (less than approximately 0.05 degrees). At the same time, the initial orientation of single crystal sheets was 0.5 degrees in the selected crystallographic direction. After the grinding operation, the misalignment angles relative to the a-axis and t-axis had average values of -0.04 degrees and 0.01 degrees, respectively, indicating crystallographic reorientation. In addition, the total angle for the 21 samples had an average value of 0.1, confirming a close crystallographic orientation closer than -0.5 degrees. In addition, the total angle of misalignment of each of the monocrystalline discs when comparing wafer to wafer is reduced, as the standard deviation for the 21 samples is 0.05 degrees. The maximum and minimum values in relation to the measured angles also testify to the reduction of misalignment.
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.The described embodiments of the present invention provide significant advantages. The proposed methods of studying a single crystal body, processes and methods of orientation, as well as specific grinding processes and articles in combination provide crystallographic reorientation of single crystal bodies. Moreover, this combination of methods is scalable, as certain of the described processes are suitable for processing large sheets of single crystal material. On the other hand, certain combinations of processes are suitable for processing individual discs or wafers of monocrystalline materials. In particular, certain implementation options provide crystallographic reorientation of single crystal bodies after growth, which is especially desirable for reducing waste and improving the quality of products based on them. Moreover, the processes proposed here provide manufacturers with flexibility, as monocrystalline bodies can be designed and adjusted to the end user's technical requirements for specific applications already after the monocrystalline article has been grown.
Вищенаведений опис слід вважати ілюстративним, а не обмежуючим, іThe above description should be considered illustrative and not restrictive, and
Claims (1)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US94610407P | 2007-06-25 | 2007-06-25 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA98967C2 true UA98967C2 (en) | 2012-07-10 |
Family
ID=50848024
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAA201000722A UA98967C2 (en) | 2007-06-25 | 2008-06-25 | Method of crystallographic reorientation of single crystal body |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA98967C2 (en) |
-
2008
- 2008-06-25 UA UAA201000722A patent/UA98967C2/en unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2176028B1 (en) | Methods of crystallographically reorienting single crystal bodies | |
| CN103382575B (en) | Sapphire substrate | |
| CN101616772B (en) | Sapphire substrates and methods of making same | |
| CA2673660C (en) | Sapphire substrates and methods of making same | |
| US9464365B2 (en) | Sapphire substrate | |
| UA98967C2 (en) | Method of crystallographic reorientation of single crystal body |