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引言
我們提出了一種新型的過氧化氫溶液中鐵板單晶金剛石襯底拋光技術(shù)，使用了催化生成的羥基自由基(OH自由基)，這是由鐵表面的過氧化氫分解產(chǎn)生的，產(chǎn)生了一個(gè)原子光滑和無損傷的單晶金剛石表面。為了在不降低金剛石基底高表面光滑度的情況下提高MRR值，我們提出并開發(fā)了采用先進(jìn)氧化工藝的拋光技術(shù)。為了闡明該拋光技術(shù)中金剛石基底的拋光特性，采用紫外光照射和過氧化氫溶液中的o2或o3微氣泡進(jìn)行了拋光實(shí)驗(yàn)，采用掃描白光干涉法測(cè)定其表面粗糙度和MRR值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在過氧化氫溶液中照射紫外光，提供o2或o3微氣泡，顯著改善了MRR值。
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實(shí)驗(yàn)
圖1顯示了本實(shí)驗(yàn)中使用的實(shí)驗(yàn)裝置的概念圖，在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝氧化氫水的加工槽，在加工槽的中央部配置了金屬定盤，然后，對(duì)于金屬定盤的旋轉(zhuǎn)軸，在與金剛石樣品對(duì)稱的位置配置了紫外光照射裝置，加工槽內(nèi)的過氧化氫水，通過泵經(jīng)常被吸引，通過微泡發(fā)生裝置混合O2―MB或者O3―MB，返回加工槽內(nèi)。本實(shí)驗(yàn)的加工條件如表1所示?？梢匀我庠O(shè)定定盤以及樣品的旋轉(zhuǎn)速度、接觸負(fù)荷。?
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表格1
加工前后的形狀和表面粗糙度，使用掃描型白色干涉顯微鏡進(jìn)行了測(cè)定，加工效率是事先在加工前的基板上形成數(shù)百nm量級(jí)的溝，用掃描型白色干涉計(jì)測(cè)定并算出加工前后的溝深的變化量。
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實(shí)驗(yàn)結(jié)果
加工前后的樣品表面的掃描型白色干涉顯微鏡像如圖2所示。測(cè)量范圍為72μm×54μm.加工前的表面粗糙度為PV:4.410 nm，rms:0.631 nm，Ra:0.496 nm，與此相對(duì)，加工后的表面粗糙度為PV:1.913 nm，rms:0.159 nm，Ra:0.127 nm，加工前的基板表面凹凸很嚴(yán)重，加工后的基板表面沒有導(dǎo)入凹凸和研磨痕跡，得到了高平滑性的表面。在過氧化氫水中導(dǎo)入O2―MB，即使在照射紫外光的同時(shí)研磨金剛石，也可以制作出與之前同樣高精度的金剛石基板表面。
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圖2
其次，評(píng)價(jià)了有無導(dǎo)入O2―MB對(duì)加工效率的影響，在過氧化氫水中不導(dǎo)入O2―MB，一邊照射紫外光一邊加工時(shí)的加工效率為41.1 nm/h，與此相對(duì)，在過氧化氫水中導(dǎo)入O2―MB，一邊照射紫外光一邊加工時(shí)的加工效率為47.1 nm/h，過氧化氫水像化學(xué)反應(yīng)一樣，隨著時(shí)間的推移，被自然分解成氧氣和水。另一方面，在過氧化氫中導(dǎo)入O2―MB時(shí)，由于過氧化氫水中的氧氣處于過飽和狀態(tài)，可以推測(cè)化學(xué)反應(yīng)的分解反應(yīng)被抑制。因此，過氧化氫水的濃度降低被抑制，加工效率很小。
在過氧化氫水中導(dǎo)入O3-MB， 一邊照射紫外光一邊加工時(shí)金剛石基板的表面粗糙度為 與圖2(b)所示的結(jié)果相同，在原子水平上可知是光滑的金剛石表面。另一方面， 關(guān)于加工效率，在過氧化氫水中照射紫外光時(shí)的加工效率為41.1 nm/h，與此相對(duì)，在過氧化氫水中導(dǎo)入O3―MB，在照射紫外光的同時(shí)進(jìn)行加工時(shí)的加工效率為76.9 nm/h，確認(rèn)了加工效率提高了約1.9倍。我們推測(cè)，該加工效率的提高主要原因是通過溶劑中的OH自由基的再結(jié)合促進(jìn)了過氧化氫水的生成。
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圖3 各實(shí)驗(yàn)條件下的MRR
圖3是比較各條件下加工效率的結(jié)果。以O(shè)2/O3―MB的導(dǎo)入和沒有紫外光照射的情況為基準(zhǔn)（最左端的柱狀圖）時(shí)，紫外光照射和O2―MB，O3―MB的導(dǎo)入對(duì)加工效率的提高是有用的，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，導(dǎo)入紫外光照射和臭氧氣體的濕磨法，對(duì)于提高金剛石的加工效率是有效的。
今后，我們計(jì)劃在調(diào)查臭氧氣體濃度對(duì)加工特性的影響的同時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)明確利用濕法工藝進(jìn)一步提高金剛石基板加工效率的可能性。