一种用于提高晶体键合质量的晶体表面加工质量表征方法与流程

本发明涉及一种用于提高晶体键合质量的晶体表面加工质量表征方法，属于激光晶体和固体激光技术领域。

背景技术：

晶体键合技术是将同质或者异质晶体材料，经晶体制备(即表面加工处理)、清洗、活化处理，不使用任何粘接物质，在一定的条件下直接贴合成一体，晶体通过范德华力、分子力相贴合、最终通过原子力结合在一起。晶体键合技术在新型光器件、新型固体激光器研究方面具有非常重要的意义。

制备晶体是进行晶体键合的第一步，也是晶体键合的关键技术之一，是指通过研磨、抛光等加工方法，使晶体表面达到一定要求，目前采用平整度和粗糙度来表征制备晶体的表面形貌(文献1，leeh,meissnerhe,meissneror.adhesive-freebond(afb)cvddiamond/sapphireandcvddiamond/yagcrystalcomposites[c]//defenseandsecuritysymposium.internationalsocietyforopticsandphotonics,2006:62160o-62160o-8.)。其中，平整度从宏观描述晶体表面的几何波度；粗糙度从统计角度反映晶体表面微观起伏纵向高度的差值，是对局域测量面积的统计平均值。现有的这种晶体表面加工质量的表征方法是一种常规激光晶体表面加工质量的表征方法。但是，对于晶体键合时，由于两片晶体贴合光胶过程的实质是晶体接触面缝隙发生弹性形变进而闭合的过程，闭合的紧密程度不仅与晶体表面几何波度(即平整度)和起伏高度(即粗糙度)有关，也与晶体表面微观起伏的横向间距有关。因而，为了提高晶体键合质量，必须在晶体制备时考虑晶体表面微观起伏的横向间距(后面称之为微凸起间距)，微凸起间距是影响两片晶体接触面出现残留空隙的关键原因之一。尤其是在进行大间距晶体键合时，为了避免接触面出现残留空隙，更需要对晶体表面的纵向和横向微观形貌进行约束。目前采用平整度和粗糙度表征晶体表面形貌的晶体表面加工质量表征方法，缺少对晶体表面横向微观形貌的约束，限制了晶体键合质量和晶体键合间距的进一步提高。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有键合晶体制备过程中晶体表面加工质量表征方法的不足，提高晶体键合质量和成品率；克服目前晶体键合面较小的限制，为实现大间距晶体键合提供一种晶体表面加工质量表征方法。

一种用于提高晶体键合质量的晶体表面加工质量表征方法，其特征在于，采用表面平整度、粗糙度、微凸起间距三个参量共同作为表征晶体表面加工质量的参量；即在晶体制备过程中，除了目前常规的表面平整度、粗糙度之外，还将晶体表面微凸起间距作为表征晶体表面加工质量的一个新的参量，三个参量共同约束晶体表面宏观几何波度和微观纵向、横向的形貌。

本发明提出的一种用于提高晶体键合质量的晶体表面加工质量表征方法，其特征在于：制备键合晶体时(包括同种材料键合和异种材料键合)，采用表面平整度、粗糙度、微凸起间距三个参量作为表征晶体表面加工质量的参量，将三个参量作为为提高晶体键合质量需要参考的健合前晶体表面加工的参数。

本发明的特点和有益之处：本发明提出的表征方法由三个参量共同约束晶体表面加工质量，作为对提高晶体键合质量至关重要的参数，克服现有表征方法缺少对晶体表面横向微观形貌约束的不足，避免键合晶体接触面出现残留空隙，提高晶体键合质量和成品率，克服目前晶体键合面较小的不足。

附图说明

图1是实施例1中nd:yag晶体被加工面在轮廓仪中的检测结果

图2是yag晶体被加工面在轮廓仪中的检测结果；

图3是实施例2中nd:yag晶体被加工面在轮廓仪中的检测结果；

图4是实施例1中nd:yag与yag键合晶体的键合面透射电镜检测图像；

图5是实施例2中nd:yag与yag键合晶体的键合面透射电镜检测图像；

具体实施方式

本发明提出的一种提高晶体键合质量的晶体制备表征方法，采用下述方式实施：在晶体研磨、抛光(包括粗抛光和精抛光)过程中，测量晶体表面平整度、粗糙度、微凸起间距三个参量，根据测量结果，调整研磨、抛光的工艺参数，在加工一段时间后，再次反复进行测量上述三个参量、调整工艺参数、加工的过程，直至三项参量均达到一定标准(该标准根据晶体不同、键合工艺等不同而具体制定)。

下面结合实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于以下实施例。

实施例1，nd:yag和yag采用新的表征方法制备键合晶体。

利用研磨机，配以粒径3μm的碱性专用研磨液，对nd:yag和yag晶体表面进行研磨加工。每隔一段时间，检测被研磨表面平整度，如使用激光平面干涉仪进行检测。当被研磨表面的高低起伏小于λ(λ＝632.8nm)时，进行粗抛光加工。

利用抛光机，配以粒径1μm的碱性专用抛光液，对nd:yag和yag晶体表面进行粗抛光加工。每隔一段时间，检测被抛光表面平整度，如使用激光平面干涉仪进行检测。当被抛光表面的高低起伏小于λ/10(λ＝632.8nm)时，进行精抛光加工。

利用抛光机，配以粒径0.5μm的碱性专用抛光液，对nd:yag和yag晶体表面进行精抛光加工。每隔一段时间，检测被抛光表面平整度，如使用激光平面干涉仪进行检测；检测被抛光表面粗糙度、微凸起间距，如使用台阶仪、轮廓仪进行检测。根据测量结果，调整工艺参数。

反复进行测量上述三个参量、调整工艺参数、加工的过程，最终，nd:yag晶体被加工面表面平整度小于λ/10(λ＝632.8nm)，粗糙度测量值为0.332nm，微凸起间距平均值为0.14mm，如图1所示。yag晶体被加工面表面平整度小于λ/10(λ＝632.8nm)，粗糙度测量值为0.721nm，微凸起间距平均值为0.13mm，如图2所示。

实施例2，nd:yag和yag采用常规只测量表面平整度、粗糙度的表征方法制备键合晶体。

采用常规方法制备nd:yag晶体，晶体制备工艺和研磨抛光设备与实施例1中相同，只是在加工过程中，只测量表面平整度、粗糙度。最终，nd:yag加工面表面平整度小于λ/10(λ＝632.8nm)，粗糙度测量值为0.303nm，如图3所示。可以看出，虽然加工面粗糙度测量值小于实施例1中nd:yag，但是微凸起间距明显大于实施例1中nd:yag，经过测量，实施例2中nd:yag的微凸起间距平均值为0.17mm。

将实施例1、实施例2中制备完成的nd:yag分别与实施例1中制备的yag晶体进行键合，经过清洗、光胶后，放入真空热压炉进行热处理，完成键合。键合后实施例1中制备的nd:yag与yag晶体键合面透射电镜图像如图4所示，实施例2中制备的nd:yag与yag晶体键合面透射电镜图像如图5所示中。实施例1制备的nd:yag与yag键合晶体与实施例2制备的nd:yag与yag键合晶体相比，键合面平滑，键合面两侧晶格排列规则、紧密，表明所键合的nd:yag-yag具有更高的键合质量。

技术特征：

技术总结
一种用于提高晶体键合质量的晶体表面加工质量表征方法，属于激光晶体和固体激光技术领域。本发明提出的表征方法由三个参量：表面平整度、粗糙度、微凸起间距共同约束晶体表面加工质量，作为对提高晶体键合质量至关重要的参数，克服现有表征方法缺少对晶体表面横向微观形貌约束的不足，避免键合晶体接触面出现残留空隙，提高晶体键合质量和成品率，克服目前晶体键合面较小的不足。

技术研发人员：李强;惠勇凌;姜梦华;雷訇
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2017.09.26
技术公布日：2018.02.02