磷化铟(InP)是重要的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料,能有效降低光通信中的传输损耗,提高传输效率。它具有较高的电子迁移速率和良好的光学性能,是微波器件、高速高频器件以及光电集成电路元器件的理想衬底材料。作为半导体基片,要求其表面具有低表面粗糙度和完整表面(无表面/亚表面损伤)等,才能满足外延层生长的需要,因此需要对基片进行抛光加工。为克服材料去除过程中对化学作用的依赖、减少加工过程中的污染并降低加工成本,本文采用集群磁流变抛光的方法对磷化铟晶片进行加工,通过对磷化铟材料性能、抛光工艺及抛光机理进行研究,实现单晶磷化铟表面超光滑加工。首先,使用纳米压痕法研究了单晶磷化铟的纳米力学性能。实验表明,单晶磷化铟纳米硬度为7.26GPa,弹性模量为79.15GPa,随着纳米压痕加载载荷的增加,材料表面塑性应变能不断增大,而弹性回复率逐渐减小。通过纳米划痕实验发现,<110>晶向比<100>晶向的脆塑转变临界载荷更低,划擦过程中更容易出现破碎剥落,意味着在加工过程中更容易产生表面缺陷。而且,加载速率越大,单晶磷化铟脆塑转变临界载荷越小,划痕边缘破碎剥落情况越严重,说明在加工过程中如果单颗磨粒作用于工件表面的抛光压力不稳定将会使工件表面更容易产生缺陷。其次,对磷化铟集群磁流变抛光工艺进行了研究,通过单因素实验和正交实验,研究了不同磨料参数、加工间隙以及运动速度对抛光效果的影响,获得了磷化铟集群磁流变抛光的优化工艺为:碳化硅磨料粒径W3,磨料质量分数4%,加工间隙1.2mm,抛光盘转速为40r/min,偏摆速度为200mm/min,工件转速为500r/min,磁极转速为30r/min。在优化工艺参数下抛光单晶磷化铟,可以获得表面粗糙度Ra 0.35nm的光滑表面,材料去除率达2.5μm/h。再次,基于离散元方法对磁流变抛光液中颗粒进行动力学分析,模拟了磁流变抛光液中颗粒运动的演化过程,研究不同磨料参数对磁链串结构影响。随着加入磨料浓度的增加,链串聚集程度降低,抛光液体系磁势能逐渐变大,抛光液稳定性下降,此时磨料更容易发生积聚,会降低加工表面质量。当抛光液中加入的磨料粒径较大时,抛光液体系磁势能较小,抛光液稳定性较好,磨料分散相对更加均匀,抛光表面质量较好,但磨粒粒径过大时,磨料受到束缚作用较强,对工件表面造成的机械损伤增加,会降低抛光质量。当选用磨料粒径与铁粉粒径相近时,抛光效果较好。最后,结合InP的材料力学性能、抛光液内部微观结构、工件运动轨迹建立了磷化铟集群磁流变抛光材料去除率模型。结合工艺实验结果,对模型进行修正,模型结果与工艺实验结果的平均拟合优度决定系数为0.91,拟合效果较好。