编号：FTJS107664
篇名： CeO2抛光液的制备及对天然石材和氮化硅化学机械抛光性能研究
作者： 孙宏朋
关键词： 氮化硅陶瓷基板; 大理石; 花岗石; 化学机械抛光; CeO2;
机构：内蒙古大学
摘要： 随着人类社会的进步和科学技术的发展,对材料的表面质量要求也越来越高。高精度抛光通常应用在电子电力、航空航天等领域,通过磨料等组分的优化可以实现材料的高质量全局平坦化。化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing,简称CMP）是实现全局平坦化最广泛、认可度最高、适用面最广的技术,但目前该技术存在加工效率较低、制备工艺复杂等问题。由于化学机械抛光的基础是磨料与工件表面发生化学反应,以及被抛光材料组成和硬度的差异,使得化学机械抛光仍然主要局限在SiO2基材料。 以大理石、花岗石为代表的天然石材是与人们日常生活息息相关的一类材料,然而石材因多矿物组分存在表面缺陷问题,也需要对其表面进行抛光处理。氮化硅（Si3N4）陶瓷基板是通讯领域一种基板材料。氮化硅陶瓷基板的高硬度和化学惰性,导致抛光困难。高效低损伤抛光技术需求日益迫切。为提高抛光效率,简化配制工艺,本文通过化学机械抛光技术,系统研究了抛光液组成对天然石材和氮化硅的去除率和表面质量的影响,讨论了抛光过程中可能存在的CMP过程。具体研究内容如下: 一、通过单因素实验优化了抛光液的磨料种类和浓度、分散剂种类和浓度和pH值,结果表明以10 wt%的200 nm Al2O3,4 wt%六偏磷酸钠作为分散剂,pH值为5时制备的抛光液可以将大理石表面光泽度提升至103,该过程主要依赖于Al2O3磨料的机械抛光作用;以10wt%的1.6μm CeO2为磨料、以2 wt%的聚羧酸钠为分散剂、pH值为9时配制的抛光液对花岗石抛光后的光泽度可以达到99,通过CMP过程中形成Si-O-Ce键实现花岗石表面的高光泽度。 二、通过单因素和正交实验优化抛光液配方,选择浓度为4 wt%的1μm CeO2为磨料,浓度为1 wt%的H2O2为氧化剂,pH值为10时制备的抛光液。对Si3N4陶瓷基板的去除率达到1987.57 nm/min;当使用浓度为8 wt%的1μm CeO2为磨料、浓度为2 wt%的H2O2、pH值为11.5时制备的抛光液,表面粗糙度最低至11.08 nm。在CMP过程中,CeO2与Si3N4反应生成Si-O-Ce键,在高去除率的同时保证了高质量表面。