本發(fā)明屬于功能材料，涉及化學(xué)機(jī)械拋光材料，具體涉及一種摻氟ceo2磨粒及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、化學(xué)機(jī)械拋光(chemical?mechanical?polishing，cmp)，是目前唯一實(shí)現(xiàn)表面全局平坦化技術(shù)，與傳統(tǒng)的化學(xué)拋光和機(jī)械拋光工藝相比，化學(xué)機(jī)械拋光有效地避免了純機(jī)械拋光導(dǎo)致的被拋工件表面損傷(如：劃痕、凹坑等)及純化學(xué)拋光技術(shù)造成的材料去除率低、被拋表面平整度低和一致性差的短板。化學(xué)機(jī)械拋光主要利用化學(xué)反應(yīng)和機(jī)械去除的協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)表面平滑。

2、拋光液的主要成分為磨料、分散劑、氧化劑、ph調(diào)節(jié)劑、表面活性劑等，在拋光液的多種組成成分中，磨料無疑是最重要的核心成分。目前最常見的磨粒有al2o3、sio2和ceo2，al2o3磨粒硬度較大，拋光速率快，然而，其al2o3拋光液存在拋光選擇性差、懸浮穩(wěn)定性差、磨粒易團(tuán)聚等缺點(diǎn)，容易在拋光表面造成嚴(yán)重劃傷。sio2磨粒具有良好的穩(wěn)定性和分散性，而且硬度接近于單質(zhì)硅，對基底材料造成的刮傷、劃痕較少，但其材料去除率相對較低。ceo2磨粒由于其適宜的力學(xué)性質(zhì)和化學(xué)活性所帶來的高效率和高質(zhì)量拋光而被廣泛應(yīng)用于sio2材料的cmp工藝中。

3、在拋光過程中，ceo2磨粒表面不僅存在ce4+，還存在一定量的ce3+，通過提高ce3+的含量可以有效的提高ceo2磨粒的拋光效率。為了獲得更加優(yōu)異的cmp性能，對ceo2磨粒進(jìn)行摻雜改性，摻雜改性是調(diào)控ceo2磨粒表面化學(xué)態(tài)的有效手段，獲得更多的ce3+濃度。其次，拋光液的懸浮穩(wěn)定性也是影響cmp性能的重要影響因素之一。由于ceo2磨粒具有量子尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致磨粒易團(tuán)聚，進(jìn)而導(dǎo)致被拋材料的表面粗糙度大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的在于提供一種粒徑分布均勻、分散性好的球形摻氟ceo2磨粒及其制備方法和應(yīng)用，合成方法簡單、尺寸可控，其拋光液具有優(yōu)異的化學(xué)機(jī)械拋光性和良好的懸浮穩(wěn)定性。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

3、一種摻氟ceo2磨粒的制備方法，包括以下步驟：

4、步驟一、按照鈰源與可溶性碳酸鹽沉淀劑的摩爾比為1:(0.5～5)稱取原料，并分別溶于水中，分別配制成摩爾濃度均為0.1～0.5mol/l的鈰源溶液和沉淀劑溶液；

5、步驟二、將步驟一得到的鈰源溶液在25℃～80℃水浴鍋中，邊攪拌邊逐滴加入沉淀劑溶液，形成反應(yīng)液；

6、步驟三、將步驟二中的反應(yīng)液攪拌至混合均勻，然后在25℃～90℃的水浴條件下進(jìn)行陳化反應(yīng)1h～48h；陳化反應(yīng)結(jié)束后，將沉淀物進(jìn)行離心、洗滌，最后將沉淀物在烘箱進(jìn)行干燥，即得到鈰基前驅(qū)體；

7、步驟四、按摩爾比為1：(3～12)：(0.01～0.09)取步驟三中的鈰基前驅(qū)體、熔鹽和氟化劑，將三種原料分開研磨，然后分散在無水乙醇中，磁力攪拌至混合均勻，再進(jìn)行干燥處理，得到混合鹽；

8、步驟五、將步驟四得到的混合鹽置入馬弗爐中700℃～900℃進(jìn)行焙燒2h～6h處理，最后使其自然冷卻到室溫，將反應(yīng)后的產(chǎn)物洗滌、干燥，得到摻氟ceo2磨粒。

9、本發(fā)明還具有以下技術(shù)特征：

10、優(yōu)選的，所述的鈰源包括六水合硝酸鈰、六水合氯化鈰、碳酸鈰中的任一種。

11、優(yōu)選的，所述的可溶性碳酸鹽沉淀劑包括無水碳酸鈉、碳酸銨和碳酸氫銨中的任意一種。

12、優(yōu)選的，步驟三中所述的攪拌時(shí)間為0.5h～2h。

13、優(yōu)選的，步驟四中所述的熔鹽包括氯化鉀、硝酸鉀、氯化鈉、硝酸鈉和氯化鋰中的任意兩種或多種的混合物。

14、優(yōu)選的，步驟四中所述的氟化劑包括氟化鉀、氟化鈉和氟化銨中的任一種。

15、優(yōu)選的，步驟四中所述的磁力攪拌時(shí)間20min～40min。

16、本發(fā)明還保護(hù)一種如上所述的方法制備的摻氟ceo2磨粒及其在化學(xué)機(jī)械拋光中的應(yīng)用，所述的摻氟ceo2磨粒的化學(xué)計(jì)量式為ceo2-xfx，(0.01≤x≤0.09)；尺寸為75～100nm。

17、采用以下步驟配置為摻氟ceo2磨粒拋光液：

18、步驟一、將摻氟ceo2磨粒分散于去離子水中，進(jìn)行球磨分散6～10h；

19、步驟二、采用稀硝酸和氨水調(diào)節(jié)步驟一制備的分散液的ph值為6，調(diào)節(jié)固含量0.5wt％，得到應(yīng)用于化學(xué)機(jī)械拋光的高活性、高懸浮穩(wěn)定性的摻氟ceo2磨粒拋光液。

20、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下技術(shù)效果：

21、本發(fā)明采用兩步法，合成微觀形貌為類球形摻氟ceo2磨粒，通過調(diào)整焙燒制度，可以實(shí)現(xiàn)75～100nm的可控制備，合成方法簡單、尺寸可控、粒徑分布均勻、分散性好、類球形摻氟ceo2磨粒；其摻氟ceo2磨粒拋光液優(yōu)異的化學(xué)機(jī)械拋光性和良好的懸浮穩(wěn)定性，沉降速率慢、吸光度大及zeta電位絕對值大；

22、通過本發(fā)明合成的類球形摻氟ceo2磨粒所配制的拋光液，對石英玻璃進(jìn)行表面加工處理，材料去除率達(dá)到了819.89nm/min，獲得了高的材料去除率，這歸因于本發(fā)明兩步法合成的摻氟ceo2磨粒具有高的化學(xué)活性，這有助于提升材料去除率，通過沉降試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，摻氟ceo2磨粒的懸浮分散穩(wěn)定性均得到提升；通過沉降試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，摻氟ceo2磨粒的懸浮分散穩(wěn)定性均得到提升，這有利于表面質(zhì)量的改善，其分散性最好的條件下，其表面粗糙度最佳0.2008nm。

技術(shù)特征：

1.一種摻氟ceo2磨粒的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的摻氟ceo2磨粒的制備方法，其特征在于，所述的鈰源包括六水合硝酸鈰、六水合氯化鈰、碳酸鈰中的任一種。

3.如權(quán)利要求1所述的摻氟ceo2磨粒的制備方法，其特征在于，所述的可溶性碳酸鹽沉淀劑包括無水碳酸鈉、碳酸銨和碳酸氫銨中的任意一種。

4.如權(quán)利要求1所述的摻氟ceo2磨粒的制備方法，其特征在于，步驟三中所述的攪拌時(shí)間為0.5h～2h。

5.如權(quán)利要求1所述的摻氟ceo2磨粒的制備方法，其特征在于，步驟四中所述的熔鹽包括氯化鉀、硝酸鉀、氯化鈉、硝酸鈉和氯化鋰中的任意兩種或多種的混合物。

6.如權(quán)利要求1所述的摻氟ceo2磨粒的制備方法，其特征在于，步驟四中所述的氟化劑包括氟化鉀、氟化鈉和氟化銨中的任一種。

7.如權(quán)利要求1所述的摻氟ceo2磨粒的制備方法，其特征在于，步驟四中所述的磁力攪拌時(shí)間20min～40min。

8.一種如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法制備的摻氟ceo2磨粒，其特征在于，化學(xué)計(jì)量式為ceo2-xfx，(0.01≤x≤0.09)；尺寸為75～100nm。

9.一種如權(quán)利要求8所述的摻氟ceo2磨粒在化學(xué)機(jī)械拋光中的應(yīng)用。

10.如權(quán)利要求9所述的摻氟ceo2磨粒在化學(xué)機(jī)械拋光中的應(yīng)用，其特征在于，采用以下步驟配置為摻氟ceo2磨粒拋光液：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種摻氟CeO<subgt;2</subgt;磨粒及其制備方法和應(yīng)用，通過鈰源與可溶性碳酸鹽沉淀劑陳化反應(yīng)得到鈰基前驅(qū)體，將鈰基前驅(qū)體、熔鹽和氟化劑混合后焙燒得到摻氟CeO<subgt;2</subgt;磨粒；合成方法簡單、尺寸可控、粒徑分布均勻、分散性好、類球形摻氟CeO<subgt;2</subgt;磨粒；其摻氟CeO<subgt;2</subgt;磨粒拋光液優(yōu)異的化學(xué)機(jī)械拋光性和良好的懸浮穩(wěn)定性，沉降速率慢、吸光度大及Zeta電位絕對值大；通過本發(fā)明合成的類球形摻氟CeO<subgt;2</subgt;磨粒所配制的拋光液，對石英玻璃進(jìn)行表面加工處理，材料去除率達(dá)到了819.89nm/min，獲得了高的材料去除率，這歸因于本發(fā)明兩步法合成的摻氟CeO<subgt;2</subgt;磨粒具有高的化學(xué)活性，這有助于提升材料去除率，通過沉降試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，摻氟CeO<subgt;2</subgt;磨粒的懸浮分散穩(wěn)定性均得到提升。

技術(shù)研發(fā)人員：許寧,林雨,霍宇,高凱龍,高梓恒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：陜西科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19