[发明专利]一种用于化学机械抛光的硅溶胶活性磨粒及制备方法

说明书

本发明公开了一种用于化学机械抛光的硅溶胶活性磨粒，所述硅溶胶磨粒具有非球状外形，且所述硅溶胶磨粒包含具有化学活性的二氧化锰化合物。本发明提供的一种用于化学机械抛光的硅溶胶活性磨粒及制备方法，该硅溶胶磨粒具有非球状外形，且外表面包含具有化学活性的二氧化锰化合物；可以显著提高蓝宝石的抛光效率。

技术领域

本发明涉及化学机械抛光领域，具体涉及一种用于化学机械抛光的硅溶胶活性磨粒及制备方法。

背景技术

蓝宝石具有优异的光学，电学，机械学，化学物理性质，良好的透光性和机械性能。由于单晶蓝宝石c(0001)晶面与半导体GaN的晶格系数失配率较小、机械强度高，且价格便宜，已成为发光二极管的主要衬底材料。作为衬底的蓝宝石晶片表面必须达到超光滑无损伤的程度，器件的质量很大程度上依赖于衬底的表面平整性。近年来，随着消费电子产业及国防工业材料、民用窗体需求的进一步增加，市场对蓝宝石材料的需求保持快速增长，这对蓝宝石晶片的加工工艺提出了更高的要求，在去除蓝宝石晶片表面的微凸起和微划痕等表面缺陷的同时，需要最大地提高蓝宝石晶片的材料去除速率。

虽然蓝宝石晶片抛光方法很多，但化学机械抛光是迄今为止在蓝宝石大规模生产中普遍应用的抛光方法。在蓝宝石表面抛光应用中，最主要的影响因素就是抛光液中的磨粒，其中最常见的磨粒是氧化硅、氧化铝等无机磨粒。但常规工业的氧化硅磨粒多为球形纳米颗粒，其抛光效率较低，不能满足日益增长的工业需求。

发明内容

本发明的目的在于解决现有球形氧化硅单一磨粒抛光速率低的问题，提供一种用于化学机械抛光的硅溶胶活性磨粒及制备方法，该硅溶胶磨粒具有非球状外形，且外表面包含具有化学活性的二氧化锰化合物；可以显著提高蓝宝石的抛光效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种用于化学机械抛光的硅溶胶活性磨粒，所述硅溶胶磨粒具有非球状外形，且所述硅溶胶磨粒包含具有化学活性的二氧化锰化合物。

一种用于化学机械抛光的硅溶胶活性磨粒的制备方法，包括如下步骤：

S01：将PEOPPO嵌段聚醚加入至正戊醇中搅拌溶解，再加入0.2M醋酸钠溶液，再加入25wt.％氨水，调节溶液pH值为9-11；搅拌并加热至80℃后以3-4ml/min的速度滴加正硅酸四乙酯，恒温80℃搅拌条件下反应12h，冷却得到粒径为20-30纳米、氧化硅含量为10wt.％的非球形硅溶胶晶种；

S02：在去离子水中加入所述非球形硅溶胶晶种，搅拌至混合液乳白，加热至100℃；在恒温搅拌条件下，以3-4ml/min的速度滴加2wt.％的活性硅酸溶液，保持溶胶体系的pH值为10.5；得到粒径为50-60纳米、浓度为10wt.％的非球形硅溶胶磨粒溶液；

S03：在60℃及搅拌条件下，向所述非球形硅溶胶磨粒溶液中分别以3-4ml/min的速度，同时滴加0.5M硫酸锰溶液及0.2M氯酸钠溶液，滴加完毕后持续搅拌并冷却至室温；保持溶胶体系的pH为9左右，油水分离并去除上层正戊醇，得到非球形且表面含有具有化学活性的二氧化锰层的硅溶胶活性磨粒。

进一步的，所述步骤S01中PEOPPO嵌段聚醚、正戊醇、醋酸钠溶液、氨水、正硅酸四乙酯的质量比为1：100：6：5：30。

进一步的，所述步骤S02中非球形硅溶胶晶种、去离子水、活性硅酸的质量比为1：2：5。

进一步的，，所述步骤S03中非球形硅溶胶磨粒溶液、硫酸锰溶液的质量比为100：1～3，硫酸锰溶液、氯酸钠溶液的质量比为1：1。

进一步的，所述步骤S02和步骤S03中采用质量分数为1％的氢氧化钠保持溶胶溶胶体系的pH。

进一步的，所述步骤S03中分别从不同的进料口滴加硫酸锰溶液和氯酸钠溶液。