改性硅溶膠制備及其對(duì)藍(lán)寶石拋光性能的研究.pdf

1、化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)是目前最普遍的表面加工技術(shù)，是公認(rèn)的唯一可以實(shí)現(xiàn)全局平坦化的拋光方法。磨料作為CMP中的重要組成部分，直接影響拋光工件加工后的表面質(zhì)量。本文以水玻璃為原料，采用離子交換法制備了大粒徑硅溶膠，并在此基礎(chǔ)上，通過(guò)化學(xué)沉淀法，對(duì)純硅溶膠進(jìn)行鈰鋯、鈰鈣改性，制備拋光用CeO2/ZrO2/硅溶膠復(fù)合磨料及CeO2/Ca(OH)2/硅溶膠復(fù)合磨料。對(duì)各產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的設(shè)備選型、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保安全方面進(jìn)行合理的分析。通過(guò)透射電子顯

2、微鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)-能譜(EDS)、X射線光電子能譜(XPS)、X射線衍射(XRD)、傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)等手段對(duì)樣品的組成、形貌等進(jìn)行表征。以所制備的復(fù)合磨料對(duì)藍(lán)寶石晶片進(jìn)行拋光，利用原子力顯微鏡(AFM)檢測(cè)拋光后的藍(lán)寶石晶片表面粗糙度。主要結(jié)果如下:
　　(1)實(shí)驗(yàn)確定最佳母液制備條件為:水玻璃濃度5％水玻璃通過(guò)樹(shù)脂床流量16.4mL/min，陳化時(shí)間2h，陳化溫度20℃;最佳硅溶膠制備條件

3、為:反應(yīng)溫度98℃，攪拌速度300r/min，活性硅酸滴加速度為4.2mL/min，活性硅酸濃度為4％，添加量與母液質(zhì)量比為7∶1，反應(yīng)中pH范圍9-10。經(jīng)過(guò)五次粒徑增長(zhǎng)，其粒徑達(dá)到100nm-120nm左右，硅溶膠中SiO2粒子基本為球形，濃度可以達(dá)到30％，Na2O含量約為0.06％，pH值為9-10，密度為1.20g/mL。以所制備的硅溶膠對(duì)藍(lán)寶石晶片進(jìn)行拋光，材料去除速率為18.4nm/min，表面粗糙度為1.59nm。

4、>　　(2)實(shí)驗(yàn)確定最佳鈰鋯、鈰鈣摻雜量為:鈰摻雜量為1.5wt％，鋯摻雜量為1.0wt％，鈣摻雜量為2.0wt％。所制備的兩種復(fù)合磨料粒徑均約為100-120nm，復(fù)合磨料中SiO2粒子基本為球形，濃度為10％左右，粒徑分布較均勻。用所制備的鈰鋯摻雜硅溶膠拋光液對(duì)藍(lán)寶石晶片進(jìn)行拋光，材料去除速率為36.1nm/min，表面粗糙度為0.512nm;用所制備的鈰鈣摻雜硅溶膠拋光液對(duì)藍(lán)寶石晶片進(jìn)行拋光，材料去除速率為27.9nm/min，表