紅藍寶石的硬度是多少

在商品化的LED中，絕大部分採用藍寶石作為外延生長的襯底材料。由於藍寶石材料導熱性較差，為防止LED有源區過高的溫升對其光輸出特性和壽命產生影響，在完成電極製備等工藝後，必須對藍寶石襯底進行背減薄，以提高器件的散熱效能。另外，由於藍寶石的莫氏硬度達9。0，為滿足劃片、裂片等後繼工藝的要求，同樣需要將襯底厚度減薄至一定程度。減薄後的襯底背面存在表面損傷層，其殘餘應力會導致減薄後的外延片彎曲變形且容易在後繼工序中碎裂，從而影響成品率。因此，在減薄後必須對襯底背面進行拋光，以去除上述表面損傷層，消除殘餘應力。一般情況下，需要將外延片的厚度從400mm以上減薄至100mm附近或更薄。由於藍寶石硬度很高，上述背減薄和拋光工作通常要耗費較長的時間，這樣，背減薄和拋光的加工效率和質量就成為一個關鍵的問題。

藍寶石襯底研磨的機理

材料研磨中的去除方式通常有三種，磨料顆粒的機械磨蝕作用、被研磨表面輕微地熔融和塑性流動、研磨劑中表面活性物質的化學作用。

藍寶石的熔點高達2045℃，而藍寶石襯底研磨中以機械磨蝕作用為主。在磨料的作用下，藍寶石襯底的表面會出現大量的微裂紋，並延伸至表面以下，形成表面損傷層。在研磨過程中，這些微裂紋不斷延伸，如果互相交叉，則其包圍區域的藍寶石材料會脫落，形成微小的凹坑和溝槽，從而達到研磨效果。由於藍寶石硬度很高，在拋光時的去除量很小，因此在拋光前，必須將外延片背面的損傷層厚度降到合適的程度，才能在拋光時將其去淨。微裂紋的形成和延伸，以及表面損傷層的厚度，均與研磨的工藝引數密切相關。因此也可以知道，藍寶石襯底表面損傷層的情況將直接影響到研磨時的表面狀況，進而會影響到表面粗糙度。因此，透過研究表面粗糙度隨工藝引數的變化，可以間接地分析表面損傷層的情況。

表面粗糙度與去除速率與轉速的關係

襯底表面粗糙度隨研磨盤轉速的變化趨勢，由此可看出，隨著轉速的增加，表面粗糙度下降。總體上，粗糙度值在485±80nm的範圍內變化，維持在相同的數量級上。實際操作中發現，由於顆粒度大，240目碳化硼在研磨劑中的分散性很差。這樣轉速較低時，磨料在盤面上分佈不均勻，容易產生較深的劃痕，表面粗糙度較大。提高轉速後，磨料在盤上的均勻性提高，粗糙度隨之降低。襯底去除速率隨研磨盤轉速的變化趨勢，隨著轉速的增大，去除速率呈明顯的上升趨勢。研磨的去除速率與單位時間內襯底與盤上的磨料作相對切削運動的次數有關。轉速上升後，磨料顆粒運動加快，研磨去除速率也就相應地上升。去除速率的提高可縮短研磨時間，在允許的情況下，應適當地提高研磨盤轉速。

表面粗糙度與去除速率與研磨壓力的關係

襯底表面粗糙度隨研磨壓力的變化趨勢，可以看出，隨著壓力的增加，表面粗糙度近似呈線性下降趨勢。總體上，粗糙度值在455±40nm的範圍內變化，維持在相同的數量級上。由於240目的碳化硼顆粒度較大且有一定的分佈，在壓力較小時，藍寶石襯底主要與較大的顆粒相接觸，這樣作用在這些顆粒上的壓力大，劃痕相應地較深。而且這些較大顆粒間有一定的間距，造成粗糙度較高。當增大壓力後，磨料層受到擠壓，較小的顆粒也能與襯底面相接觸，儘管較大顆粒切入藍寶石襯底內的深度增大，但較小的顆粒可以對較大顆粒的劃痕起到整平作用，而且顆粒間距減小，因此從整體上來說，粗糙度會降低。襯底去除速率隨研磨壓力的變化趨勢，隨著壓力的增大，去除速率近似呈線性上升趨勢。當增大壓力後，較大顆粒切入藍寶石襯底內的深度增大，切削能力上升，而且顆粒間距減小，實際參與研磨的顆粒數增多，因此去除速率會增大。如果壓力過大，磨料顆粒可能會被擠碎，研磨速率反而會下降。因此，應在適當的範圍內增大研磨壓力。

拋光時表面粗糙度隨拋光時間的變化

拋光時表面粗糙度隨拋光時間的變化，拋光開始時，減薄留下的表面損傷層中較大的起伏在拋光液和拋光墊的聯合作用下迅速去除，因而粗糙度迅速下降，隨著拋光的進行，外延片表面的起伏逐漸和軟質拋光墊相貼合，粗糙度下降的速度變緩，最後，表面粗糙度達到一個穩定值。實際操作中發現，該值取決於所選擇的壓力等工藝條件，為該拋光條件下所能獲得的最低表面粗糙度。根據上面的分析，應將拋光時間控制在剛好能使外延片背面達到最低粗糙度為止。