CN114030095B - 激光辅助定向粘接装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种激光辅助定向粘接装置及方法，定向粘接装置包括底板、线激光器组件和晶锭切割夹具，其中，线激光器组件可活动地设于底板，用于发射线激光，以通过线激光确定晶锭的粘接方向，晶锭切割夹具可拆卸的固定于底板，晶锭切割夹具用于粘接晶锭。根据本发明的激光辅助定向粘接装置及方法，利用线激光确定晶锭的粘接方向，避免了采用目测方式去比对碲锌镉晶体孪晶面与参考面是否平行造成的误差和不便，提高了将碲锌镉晶体(111)晶面定向粘接的精度，大大降低后续切割过程中定向切割调整次数，提高晶体定向切割效率，减少晶体浪费。

Description

激光辅助定向粘接装置及方法

技术领域

本发明涉及晶体切割技术领域，尤其涉及一种激光辅助定向粘接装置及方法，其适合用于对带有(111)孪晶面的碲锌镉晶体沿<111>晶向的切割时对所述晶体的定向粘接。

背景技术

碲锌镉(CdZnTe)衬底是液相外延碲镉汞(HgCdTe)薄膜的最佳衬底材料。晶向准确的(111)碲锌镉衬底是制备高质量碲镉汞外延膜的关键因素之一。对于目前非定向生长的碲锌镉晶体，(111)定向切割一般采用内圆切割机沿晶体孪晶面进行切割。实际操作中，内圆切割机会提供可拆卸的切割夹具，夹具上有切割参考面。在切割夹具安装到切割机后，参考面将与切割面基本平行(误差＜1°)。而晶体的孪晶面与晶体外表面的交线称为孪晶线，会在晶体表面直观显现出。因此粘接时，只要将晶体表面两条以上的非平行的孪晶线与切割夹具的切割参考面粘接平行，然后在内圆切割机上依据切割片精确定向后的角度偏差调整，就能得到晶向准确的(111)碲锌镉衬底。但是内圆切割机角度调整范围一般在±7°以内，晶体粘接时必须保证晶体定向面与切割面角度差异小于7°时，才能使内圆切割机根据切割结果调整至正确的晶向。即使偏差角度在7°以内，较大的偏差角度也将意味着定向过程中需要抹去偏离晶向的晶体材料较多以及晶向角度调整的次数增加，最终使定向效率大大降低，晶体材料的浪费严重。简单易操作、粘接精度高的碲锌镉(111)定向切割粘接方法对于碲锌镉晶体加工具有极为重要的经济价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何提高根据晶体的孪晶面对晶体进行定向粘接的精度和便利性，本发明提出一种激光辅助定向粘接装置及方法。

根据本发明实施例的激光辅助定向粘接装置，所述定向粘接装置用于根据晶锭的孪晶面确定切割面以进行定向粘接，所述定向粘接装置包括：

底板；

线激光器组件，可活动地设于所述底板，所述线激光器组件用于发射线激光，以通过所述线激光确定所述晶锭的粘接方向；

晶锭切割夹具，可拆卸的固定于所述底板，所述晶锭切割夹具用于粘接所述晶锭。

根据本发明实施例的激光辅助定向粘接装置，利用线激光确定所述晶锭的粘接方向，避免了采用目测方式比对碲锌镉晶体孪晶线与切割面是否平行造成的误差和不便，提高了将碲锌镉晶体(111)晶面定向粘接的精度，大大降低后续切割过程中定向切割调整次数，提高晶体定向切割效率，减少晶体浪费。

根据本发明的一些实施例，所述晶锭切割夹具设有切割参考面，所述切割参考面平行于所述晶锭的切割面。

在本发明的一些实施例中，所述晶锭切割夹具设有粘接板，所述粘接板与所述切割参考面垂直，所述粘接板用于粘接所述晶锭。

根据本发明的一些实施例，所述线激光器组件包括：

万向夹头；

线激光器，所述线激光器可拆卸的固定于所述万向夹头，以通过调整所述万向夹头带动调整所述线激光器的线激光投影方向。

在本发明的一些实施例中，所述线激光器组件发射的所述线激光与所述切割面平行，在粘接所述晶锭时，在维持上述平行关系的情况下，使所述所述晶锭的孪晶线与所述线激光重合。

根据本发明的一些实施例，石墨底座，用于放置所述晶锭，所述晶锭通过所述石墨底座粘接于所述晶锭切割夹具。

在本发明的一些实施例中，所述石墨底座设有与所述晶锭的外周壁相适配的承载槽。

根据本发明的一些实施例，所述底板设有滑轨；

线激光器组件包括滑块，所述线激光器通过所述滑块可滑动的安装于所述滑轨。

根据本发明实施例的激光辅助定向粘接方法，所述方法采用如本发明实施例中所述的激光辅助定向粘接装置对所述晶锭进行定向粘接，当所述晶锭的柱状表面和平端面同时显露出孪晶线时，所述方法包括：

将所述晶锭切割夹具固定在所述底板上，并使所述晶锭切割夹具的切割参考面与底板的交线与线激光器发出的线激光重合；

将所述晶锭旋转至所述平端面的所述孪晶线垂直于底板，同时调整所述线激光器组件位置，在平行于所述底板的平面摆动所述石墨底座，使所述线激光与所述晶锭的所述柱状表面的所述孪晶线重合；

维持所述晶锭、石墨底座与所述晶锭切割夹具位置不变，将所述晶锭通过所述石墨底座粘接于所述切割夹具。

根据本发明实施例的激光辅助定向粘接方法，利用线激光确定所述晶锭的粘接方向，避免了采用目测方式比对碲锌镉晶体孪晶面与切割参考面是否平行造成的误差和不便，提高了将碲锌镉晶体(111)面定向粘接的精度，大大降低后续切割过程中定向切割调整次数，提高晶体定向切割效率，减少晶体浪费。

根据本发明的一些实施例，当所述晶锭的柱状表面显露出孪晶线，平端面未显露孪晶线时，所述方法包括：

调整所述线激光器组件的位置和所述线激光的方向，旋转所述晶锭，并在平行于所述底板的平面摆动石墨底座，使暴露在所述碲锌镉晶锭柱状表面的孪晶线与线激光重合；

在所述滑轨上移动所述线激光器组件，使线激光在晶锭任意所述平端面显出一条直线，标记所述直线并为等效为平端面显露出的孪晶线。

此时，按照所述激光辅助定向粘接方法继续完成粘接。

附图说明

图1为根据本发明实施例的激光辅助定向粘接方法的步骤S101的操作示意图；

图2为根据本发明实施例的激光辅助定向粘接方法的步骤S201的操作示意图；

图3为根据本发明实施例的激光辅助定向粘接方法的步骤S202的操作示意图；

图4为根据本发明实施例的激光辅助定向粘接方法的步骤S102的操作示意图；

图5为根据本发明实施例的激光辅助定向粘接方法在孪晶面同时显露于柱状表面和平端面时粘接方法的流程示意图；

图6为根据本发明实施例的激光辅助定向粘接方法在孪晶面仅显露于柱状表面时粘接方法的流程示意图；

图7为根据本发明具体的实施例中激光辅助定向粘接方法在孪晶面显露于晶体柱状表面以及平端面时粘接方法的流程示意图；

图8为根据本发明具体的实施例中激光辅助定向粘接方法在孪晶面仅显露于柱状表面时粘接方法的流程示意图。

附图标记：

定向粘接装置1000，

底板10，滑轨100，

线激光器组件20，万向夹头200，线激光器210，线211，滑块220，

晶锭切割夹具30，切割参考面300，粘接板310，

石墨底座40，承载槽400，

晶锭50，柱状表面孪晶线510，平端面孪晶线540，平端面520，柱状表面530。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。

在相关技术中，制造碲锌镉(CdZnTe)衬底需要对碲锌镉的(111)晶面定向切割，一般都需要晶锭沿孪晶面切割。具体操作方法是，根据孪晶面在晶体表面形成的两条互不平行的线(晶体平端面显出的为直线，晶体柱状表面为椭圆线、圆或直线)确定孪晶平面，将这一孪晶平面与定向切割夹具上的参考面粘接平行，来保证晶体定向切割时调整略微角度即满足要求。

但在实际操作过程中，部分晶体上孪晶线只外显于柱状表面，平端面无孪晶线，此时利用柱面单根孪晶线目测比对孪晶平面与参考面是否平行将存在较大误差。此外，即使晶体表面显露两条互不平行孪晶线，但通过目测方式去比对孪晶面与参考面是否平行也存在误差较大的问题。

本发明旨在一定程度上解决上述技术问题，提出了一种激光辅助定向粘接装置1000及方法。

根据本发明实施例的激光辅助定向粘接装置1000，定向粘接装置1000用于根据晶锭50的柱状表面孪晶线510以及孪晶线540确定切割面以进行定向粘接，如图1所示，定向粘接装置1000包括底板10、线激光器组件20和晶锭切割夹具30，线激光器组件20可在底板10的滑轨100上平行滑动，线激光器组件20用于发射线激光211，以通过线激光211确定晶锭50的粘接方向。

晶锭切割夹具30可拆卸的固定于底板10，晶锭切割夹具30用于粘接晶锭50。

根据本发明实施例的激光辅助定向粘接装置1000，利用线激光211确定晶锭50的粘接方向，避免了采用目测方式去比对碲锌镉晶体孪晶线与参考面是否平行造成的误差和不便，提高了将碲锌镉晶体(111)面定向粘接的精度，大大降低后续切割过程中定向切割调整次数，提高晶体定向切割效率，减少晶体浪费。

根据本发明的一些实施例，如图1所示，晶锭切割夹具30设有切割参考面300，切割参考面300平行于晶锭50的切割面。由此，通过在晶锭切割夹具30上设置切割参考面300，使得无需将晶锭切割夹具30装入切割设备，也可以便捷的对晶锭50根据切割参考面300来定向粘接。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，晶锭切割夹具30设有粘接板310，粘接板310与切割参考面300垂直，粘接板310用于粘接晶锭50。可以理解的是，通过粘接板310的垂直设置，可以使晶锭50被粘接于粘接板310的时，晶锭50的径向方向上的线与切割参考面300平行，便于对晶锭50进行定向粘接。

根据本发明的一些实施例，如图1所示，线激光器组件20包括：万向夹头200和线激光器210，线激光器210可拆卸的固定于万向夹头200，以通过调整万向夹头200带动调整线激光器210的线激光211投影方向。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，线激光器组件20发射的线激光211与切割参考面300平行，在粘接晶锭50时，在维持上述平行关系的情况下，使晶锭50的柱状表面孪晶线510与线激光211重合。

由此，通过线激光器210，使得晶锭50的柱状表面孪晶线510与切割参考面300建立了平行关系，且利用线激光器210在滑轨100上移动的特性，保障上述平行关系的误差相对较小。根据本发明的一些实施例，如图1所示，石墨底座40用于放置晶锭50，晶锭50通过石墨底座40粘接于晶锭切割夹具30。可以理解的是，通过石墨底座40来粘接晶锭50，可以防止晶锭50的意外滚动，保持定向粘接的准确度。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，石墨底座40设有与晶锭50的外周壁相适配的承载槽400。可以理解的是，通过设置与晶锭50的外周壁相适配的承载槽400。可以提高晶锭50固定的牢固性和便利性，确保定向粘接的准确度。

根据本发明的一些实施例，如图1所示，底板10设有滑轨100，线激光器组件20包括滑块220，线激光器210通过滑块220可滑动的安装于滑轨100。

由此，通过滑块220和滑轨100，可以在保持线激光器210投射的线激光211与切割参考面300平行的前提下，通过滑块220和滑轨100移动线激光器210，而不破坏上述平行关系，有利于提高定向粘接的准确性和定向的效率。

在本发明的一些实施例中，如图4所示，平端面孪晶线540与底板10垂直的前提下，在平行底板10方向上摆动晶锭50，才能更容易实现线激光211与柱状表面孪晶线510的重合。

如图5所示，根据本发明实施例的激光辅助锭定向粘接方法，方法采用如上述所述激光辅助定向粘接装置1000对晶锭50进行定向粘接，当晶锭50的柱状表面530和平端面520分别显露出柱状表面孪晶线510以及孪晶线540时，方法包括：

S101，如图1所示，将晶锭切割夹具30固定在底板10上，并使晶锭切割夹具30的切割参考面300与底板10的交线与线激光器发出的线激光重合。

通过步骤S101，将线激光211与切割参考面300和底板10的交线重合，此时线激光211中平行于底板10的线就平行于切割参考面300，通过滑块220和滑轨100将线激光器组件20移动也不会破坏上述平行关系，所以可以通过上述线激光211来传递上述平行关系。

S102，如图4所示，将晶锭50旋转至平端面520的孪晶线540垂直于底板10，同时调整线激光器组件20位置，在平行于底板10的平面摆动石墨底座40，使线激光211与晶锭50的柱状表面530的柱状表面孪晶线510重合。

通过步骤S102，将晶锭50旋转至平端面520的孪晶线540垂直于底板10，再通过线激光211将步骤S101中的平行关系传递到晶锭50的柱状表面孪晶线510上，此时，柱状表面孪晶线510所在的孪晶面就垂直于底板10且平行于切割参考面300。

S103，维持晶锭50、石墨底座40与晶锭切割夹具30位置不变，将晶锭50通过石墨底座40粘接于切割夹具。

通过步骤S103，将晶锭50通过石墨底座40粘接于切割夹具后，通过粘接剂将晶锭50通过石墨底座40粘接于切割夹具，这样可以保持完成定向粘接后的晶锭50的位置稳定，确保晶锭50不会发生意外的移动和因为切割时振动和碰撞导致的位移。

根据本发明实施例的激光辅助定向粘接方法，利用线激光211确定晶锭50的粘接方向，避免了采用目测方式去比对碲锌镉晶体孪晶面与参考面是否平行造成的误差和不便，提高了将碲锌镉晶体(111)面定向粘接的精度和速度，大大降低后续切割过程中定向切割调整次数，提高晶体定向切割效率，减少晶体浪费。

根据本发明的一些实施例，当晶锭50的柱状表面530显露出柱状表面孪晶线510，平端面520未显露孪晶线540时，方法包括：

S201，如图2所示，调整线激光器组件20的位置(沿箭头A的方向)，旋转晶锭50，并在平行于底板10的平面摆动石墨底座40，使暴露在碲锌镉晶锭50柱状表面530的柱状表面孪晶线510与线激光211重合。

与上述步骤S101类似，步骤S201通过线激光211使得柱状表面孪晶线510和切割参考面300平行。

S202，如图3所示，移动线激光器组件20(沿箭头A的方向)，使线激光211在晶锭50任意平端面520显出一条直线，标记直线等效为孪晶线540。

通过步骤S202，上述平端面孪晶线540等效于在端平面的孪晶线，之后再进行定向粘接的步骤。这样就解决了部分晶锭50中了孪晶线540未显露于平端面520的问题，提高了定向粘接的适用范围和工作效率。

在本实施例中，当晶锭50的平端面520未显露孪晶线540时，通过线激光211在晶锭50的平端面520标记出平行于孪晶面的直线，并将其等效为所述平端面520的平端面孪晶线540，这样可以在平端面520未显示出孪晶线540的情况下也可以对晶锭50进行准确的定向粘接，提高了本发明的通用性，以及端面未显露孪晶线540时定向粘接的准确性。

下面参照附图以两个具体的实施例详细描述根据本发明的激光辅助定向粘接装置1000及方法。值得理解的是，下述描述仅是示例性描述，而不是对本发明的具体限制。

激光辅助定向粘接装置1000的结构如图1所示，其包括底板10，滑轨100，滑块220，万向夹头200，线激光器210，激光器发出的线激光211，碲锌镉晶锭50，晶锭切割夹具30，夹具切割夹具参考面300，石墨底座40，晶体表面切割方向标记的柱状表面孪晶线510，晶体平端面520。

对于目前非定向生长的碲锌镉晶体，具体的实施例1：

孪晶面已在晶锭柱状表面530以及平端面520分别显露出柱状表面孪晶线510以及平端面孪晶线540的情况。此时定向粘接如图7所示，包括以下几个步骤：

A101，在晶体柱状表面及平端面520用记号笔提前标记出平行于晶体(111)孪晶面的两条互不平行的参考线。

A102，如图1所示，将切割夹具固定在底板10上，调整线激光器20的滑块220位置以及万向夹头200角度，使切割夹具参考面与底板10的交线与线激光211重合。

A103，对晶体与石墨底座40之间的间隙以及石墨底座40与切割之间的间隙填充粘接剂。

A104，如图4所示，将晶体放入石墨底座40上，将晶体旋转至平端面520的孪晶线540垂直于底板10，同时调整滑轨100滑块220位置，在平行于底板10平面摆动石墨底座40，使线激光211与晶锭50柱状表面530的柱状表面孪晶线510重合，维持晶体、石墨底座40与切割夹具位置不变，待粘接剂凝固后晶体粘接完成。

具体的实施例2：

晶体上孪晶面只外显于柱状表面530，平端面520无孪晶线540情况下晶体的定向切割粘接方法，如图8所示，，包括以下步骤：

A201，在晶体表面用记号笔提前标记出平行于晶体(111)孪晶面的参考柱状表面孪晶线510。

A202，如图2所示，调整滑轨100滑块220位置，并将晶体放入石墨底座40上，旋转晶体及平行于底板10平面摆动石墨底座40，使暴露在晶体表面的柱状表面孪晶线510与线激光211重合。

A203，如图3所示，移动滑轨100滑块220位置，使线激光211在晶体任意平整端面显出一条直线，标记此直线并等效为平端面显露出的平端面孪晶线540。

A204，如图1所示，将切割夹具固定在底板10上，调整线激光器20的万向夹头200角度，使夹具切割参考面300与底板10的交线与激光器发出的线激光211重合。

A205，对晶体与石墨底座40之间的间隙以及石墨底座40与切割之间的间隙填充粘接剂。

A206，如图4所示，将晶体旋转至标记等效的平端面孪晶线540垂直于底板10，同时调整滑轨100滑块220位置，在平行于底板10平面摆动石墨底座40，使线激光211与晶锭50柱状表面530的柱状表面孪晶线510重合，维持晶体、石墨底座40与切割夹具位置不变，待粘接剂凝固后晶体粘接完成。

综上所述，本发明利用线激光确定所述晶锭的粘接方向，避免了采用目测方式去比对碲锌镉晶体孪晶面与参考面是否平行造成的误差和不便，提高了将碲锌镉晶体(111)面定向粘接的精度，大大降低后续切割过程中定向切割调整次数，提高晶体定向切割效率，减少晶体浪费。

通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

Claims (2)

1.一种激光辅助定向粘接方法，其特征在于，所述方法采用激光辅助定向粘接装置对晶锭进行定向粘接，所述晶锭为碲锌镉晶锭，所述定向粘接装置用于根据晶锭的孪晶面确定切割面以进行定向粘接，所述定向粘接装置包括：

底板；所述底板设有滑轨；

线激光器组件，可活动地设于所述底板，所述线激光器组件用于发射线激光，以通过所述线激光确定所述晶锭的粘接方向；所述线激光器组件包括滑块，所述线激光器通过所述滑块可滑动的安装于所述滑轨；所述线激光器组件包括：万向夹头；线激光器，所述线激光器可拆卸的固定于所述万向夹头，以通过调整所述万向夹头带动调整所述线激光器的线激光投影方向；所述线激光器组件发射的所述线激光与所述切割面平行，在粘接所述晶锭时，在维持所述平行关系的情况下，使所述晶锭的孪晶线与所述线激光重合；

晶锭切割夹具，可拆卸的固定于所述底板，所述晶锭切割夹具用于粘接所述晶锭；所述晶锭切割夹具设有切割参考面，所述切割参考面平行于所述晶锭的切割面；所述晶锭切割夹具设有粘接板，所述粘接板与所述切割参考面垂直，所述粘接板用于粘接所述晶锭；

石墨底座，用于放置所述晶锭，所述晶锭通过所述石墨底座粘接于所述晶锭切割夹具；所述石墨底座设有与所述晶锭的外周壁相适配的承载槽；

当所述晶锭的柱状表面和平端面同时显露出孪晶面时，所述方法包括：

将所述晶锭切割夹具固定在所述底板上，并使所述晶锭切割夹具的切割参考面与底板的交线与线激光器发出的线激光重合；

将所述晶锭旋转至所述平端面的所述孪晶线垂直于底板，同时调整所述线激光器组件位置，在平行于所述底板的平面摆动所述石墨底座，使激光线与所述晶锭的所述柱状表面的所述孪晶线重合；

维持所述晶锭、石墨底座与所述晶锭切割夹具位置不变，将所述晶锭通过所述石墨底座粘接于所述切割夹具。

2.根据权利要求1所述的激光辅助定向粘接方法，其特征在于：当所述晶锭的柱状表面显露出孪晶线，平端面未显露孪晶线时，所述方法包括：

调整所述线激光器组件的位置，旋转所述晶锭，并在平行于所述底板的平面摆动石墨底座，使暴露在碲锌镉晶锭柱状表面的孪晶线与线激光重合；

移动所述线激光器组件，使线激光在晶锭任意所述平端面显出一条直线，标记此直线并将其等效为所述平端面的孪晶线。