[发明专利]镍元素掺杂二氧化硅复合磨粒、抛光液组合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抛光磨粒、抛光液及其制备方法，特别是一种镍元素掺杂二氧化 硅复合磨粒、抛光液组合物及其制备方法。

背景技术

单晶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 性能使得其在航空航天和国防上得到重视，用蓝宝石单晶做成的红外光学玻璃窗口和整流 罩，已广泛用于机载、星载、航载以及潜载、陆基光电设备。在日常生活中，蓝宝石晶体也被 应用于手机、平板电脑等移动终端的窗口，未来蓝宝石晶片在手机等移动终端上的应用将 成为最大的市场。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。蓝宝石衬底材料具有晶格完整、 无任何加工缺陷、衬底表面粗糙度Ra<0.2nm。而且单晶蓝宝石其本身还具有硬度高，化学稳 定性好等特点。

目前，化学机械抛光（CMP）因为其成本低被广泛应用于器件表面的精密抛光。研磨 剂（磨粒）是化学机械抛光中的主要成分。在蓝宝石表面抛光应用中，通常采用氧化硅、氧化 铝等无机磨粒，其磨粒在蓝宝石的抛光速率和表面粗糙度上都不能满足需求。复合磨粒是 指将两种或者两种以上的单一磨粒通过物理化学方法复合而成的新型磨粒。随着光电产业 的发展，化学机械抛光中复合磨粒应用在蓝宝石抛光中已报道，已报道的复合磨粒大多是 通过高温煅烧，再溶解之后得到的，然而在高温煅烧再分散的过程中，粒子会形成不规则形 状的团聚物，从而增大抛光基片的表面粗糙度。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种镍元素掺杂二氧化硅复合磨粒。

本发明的目的之二在于提供一种镍元素掺杂二氧化硅复合磨粒的制备方法。本发 明的目的之三在于提供一种镍元素掺杂二氧化硅复合磨粒的抛光液组合物的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明镍元素掺杂二氧化硅复合磨粒，其特征在于，所述的复合磨粒组成及质量百分 比含量为：

镍元素化合物（氢氧化镍）0.1-5wt.%；

二氧化硅溶胶99.9-95wt.%；

以上各组成的质量百分比含量之和为100wt%。

本发明的镍元素掺杂二氧化硅复合磨粒的制备方法，其特征在于具有如下的过程 和步骤：

a.将质量分数为8%的水玻璃采用阳离子交换法制备质量分数为2.5%硅酸，其pH值 为2.5；

b.将质量分数为2.5%的硅酸、质量分数为0.51%的硝酸镍Ni(NO₃)₂溶液搅拌混 合，形成混合溶液，其中，所述的硅酸溶液与所述的硝酸镍溶液两者的质量比为1:1；混合液 在100℃条件下搅拌，逐滴加入质量分数为10%的二氧化硅晶种中,形成溶胶体系，即得到 抛光液，用质量分数为1%的氢氧化钠调节溶胶体系，保持溶胶体系的pH值为10，滴加速度为 3-4ml/min，所述的硝酸镍和硅酸混合液的滴加速度与溶胶体系的蒸发速度一致；制得镍 掺杂不同量的复合磨粒溶胶体系，即制得镍元素掺杂二氧化硅复合磨粒，其中，镍掺杂不同 量的复合磨粒溶胶体系中所述的镍掺杂不同量分别是：镍掺杂量为0.3wt%；镍掺杂量为 0.5wt%；镍掺杂量为1.0wt%的；镍掺杂量为1.5wt%。

本发明镍元素掺杂二氧化硅复合磨粒的抛光液组合物，其特征在于,所述的抛光 液组合物的组成及质量百分比含量为：

镍掺杂二氧化硅复合磨粒10-10.5%，

分散剂三聚磷酸钠0.2-3%，

表面活性剂十二烷基苯磺酸钠0.01-1%，

去离子水余量；

以上各组成的质量百分比含量之和为100wt%。

本发明的镍元素掺杂二氧化硅复合磨粒的抛光液组合物的制备方法，其特征在于 具有以下的过程和步骤：

a.将上述的镍掺杂二氧化硅复合磨粒溶胶体系送入350目过滤筛，过滤，除去其中的 大颗粒，筛得粒径为100-120纳米的磨粒；

b.将氢氧化钠加入复合磨粒溶液中，控制溶液pH值为9.5-10.5；

c．加入质量百分比为0.2-3%的分散剂三聚磷酸钠、质量百分比为0.01-1%的表面活性 剂十二烷基苯磺酸钠，搅拌均匀后，均匀混合即得抛光液组合物。