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氮化镓(GaN)作为第三代半导体材料,因具有宽禁带、低介电常数、高热导率以及高击穿场强等优点,在航空航天、探测和通信等领域有广阔地应用前景。但是,GaN材料硬度高、脆性大,且化学惰性强,是目前超精密抛光加工中公认的难加工材料。因此,获取GaN晶体原子级表面质量在其应用中具有重要的意义。为了获取高效材料去除率(MRR)和高表面质量的GaN晶片,本文对比GaN晶片传统化学机械抛光(CMP)和电诱导条件下CMP的超精密抛光工艺,探究了各个抛光参数对GaN晶片抛光效果的影响规律,探索了H2O2氧化与PTA缓蚀的协同刻蚀机理,揭示了H2O2氧化与PTA缓蚀的协同磨损机理,阐明了电场与缓蚀剂协同作用下GaN的材料去除机理,并建立了 GaN电诱导CMP材料去除机理的物理模型。对于推动我国集成电路和电子信息技术等领域的发展具有重要的理论意义和应用价值。本文主要研究内容如下:通过对GaN晶片电化学刻蚀,研究PTA与H2O2对GaN晶片的协同刻蚀机理。结果表明,H2O2与PTA同时存在,刻蚀后GaN晶片表面成膜较为平整,说明在H2O2与PTA的协同作用下,可以有效调控氧化与缓蚀。探究各抛光参数在电诱导条件下对GaN晶片CMP抛光效果的影响规律。研究结果表明,在刻蚀电流为40mA、刻蚀时间15 min的条件下,各抛光参数对GaN晶片材料去除率的影响程度从大到小依次为:抛光压力、PTA浓度、H2O2浓度、抛光盘转速。最佳参数为:抛光压力20.5psi,抛光盘转速125 rpm,H2O2浓度4wt%,PTA浓度10 mmol/L。该条件下,其材料去除率为593.29nm/h,表面粗糙度为0.243 nm。通过阴极荧光(CL)对抛光后GaN晶片表面进行损伤检测。结果表明,GaN晶片表面无亚表层损伤,获得了光滑无损的GaN晶体表面。通过压痕测试,研究电流和H2O2对GaN材料表面纳米硬度的影响规律。结果表明,原始GaN晶体表面的纳米硬度值最大,化学腐蚀次之,电化学腐蚀最低,分别为21450.06MPa、17458.32MPa及15697.71MPa,说明电诱导能够加速GaN晶体表面的氧化腐蚀,在压入的过程中均出现了多个位置不同的pop-in现象,这是由于较尖的尖端在较浅的压痕深度上产生了塑性。X射线光电子能谱(XPS)分析表明,电化学腐蚀过后GaN晶片表面Ga2O3的含量明显高于化学腐蚀后Ga2O3的含量,说明电流在腐蚀液中起到了催化作用,加速了 GaN晶片表面氧化腐蚀反应的速率,有利于提高GaN晶片的材料去除率。采用划痕实验方法,分别在恒定载荷和渐进载荷条件下,揭示了H2O2氧化与PTA缓蚀的协同磨损机理。结果表明,当PTA与H2O2同时存在时,GaN晶片的划入摩擦系数较低,说明PTA与H2O2的协同作用更容易在GaN表面形成缓蚀薄膜,呈现弹塑性变形,减弱犁沟磨损,既可以避免电化学刻蚀过程中的过度腐蚀,又可以降低GaN晶片的超精密抛光中的腐蚀损伤。最后,通过阳极极化和电化学交流阻抗测试,阐明电场与缓蚀剂协同作用对GaN超精密抛光的材料去除机制的影响,并建立电诱导条件下CMP对GaN材料去除机理的物理模型。