一种钇铝石榴石晶体的高效高质量化学机械抛光液制造技术

一种钇铝石榴石晶体的高效高质量化学机械抛光液，属于硬脆材料超精密加工领域。室温下，将磨料氧化锆、硅酸钠、氧化镁分别加入去离子水中，超声设备中震荡10分钟得到化学机械抛光液。该化学机械抛光液中，氧化锆浓度为0.02～0.12g/ml，粒径为0.02～0.20μm，所述的硅酸钠浓度为0.03～0.15g/ml，所述的氧化镁浓度为1～5g/L。采用本发明专利技术的抛光液对钇铝石榴石晶体进行抛光加工，钇铝石榴石晶体可以获得较高的表面质量和抛光材料去除率。

【技术实现步骤摘要】
一种钇铝石榴石晶体的高效高质量化学机械抛光液
本专利技术属于硬脆材料超精密加工领域，涉及一种晶体材料的化学机械抛光液的配制，特别涉及到钇铝石榴石晶体的化学机械抛光液的配制。
技术介绍
随着社会的发展，激光已经广泛应用于制造、医疗、国防等各个领域。钇铝石榴石晶体由于其具有较好的物理化学性能，成为应用最广泛的激光晶体。为了获得较好的激光光束和较大的激光阈值，激光晶片的表面和亚表面质量具有至关重要的作用。晶片表面的缺陷和损伤会使激光在传播过程中发生散射而导致局部的能量聚集，大大降低激光器性能。目前对钇铝石榴石晶体的加工方式主要采用超细氧化铝硬磨料进行机械抛光和硅溶胶进行化学机械抛光。专利CN103059738A采用硝酸，水和乳化刚玉混合液对YAG晶体进行抛光，但由于氧化铝硬度高，晶体加工后容易产生位错、微细划痕及较大的亚表面损伤，同时硝酸严重腐蚀设备，对环境污染较大，废液处理成本高。专利CN108838745A采用氧化锆与氢氧化钠混合水溶液对YAG晶体进行化学机械抛光，但其材料去除率低，只有1.99nm/min，表面质量还有待改进。因此，目前传统抛光液存在的问题包括：(1)表面质量差；(2)去除效率低；(3)成本昂贵。化学机械抛光工艺作为唯一一种能实现全局平面化的加工技术，研究新型的高效高质量化学机械抛光液是解决以上问题的有效途径。
技术实现思路
为解决钇铝石榴石晶体化学机械抛光去除率低，抛光质量局限等问题，本文专利技术了一种新型的化学机械抛光液，其成分包含去离子水，氧化锆磨粒，硅酸钠，氧化镁。与专利CN108838745A以氢氧化钠为腐蚀剂来实现材料去除不同，本专利技术采用硅酸钠和氧化镁作为化学反应试剂，通过硅酸钠与氧化镁的作用，使YAG晶体表面生成了均匀的软化层，达到化学作用与机械作用的平衡，抛光性能远远高于其抛光效果，同时也远高于传统抛光液。本专利技术采用的技术方案为：一种钇铝石榴石晶体的高效高质量化学机械抛光液，室温下，将磨料氧化锆、硅酸钠、氧化镁分别加入去离子水中，超声设备中震荡10分钟得到化学机械抛光液。所述化学机械抛光液中，氧化锆浓度为0.02～0.12g/ml，粒径为0.02～0.20μm，所述的硅酸钠浓度为0.03～0.15g/ml，所述的氧化镁浓度为1～5g/L。一种钇铝石榴石晶体的高效高质量化学机械抛光方法，包含以下步骤：第一步，配制化学机械抛光液；室温下，将磨料硅酸钠、氧化镁、氧化锆磨料分别加入去离子水中，超声设备中震荡10分钟得到化学机械抛光液。第二步，采用IC1000抛光垫作为化学机械抛光用抛光垫，修整抛光垫；第三步，对钇铝石榴石晶体进行化学机械抛光，能够达到34nm/min的材料去除率，加工后可获得表面粗糙度为0.0755nm的YAG晶体表面。本专利技术效果和益处是：采用本专利技术新型化学机械抛光液抛光钇铝石榴石晶体，1)相较于传统抛光液，晶体表面粗糙度大幅度下降，位错，划痕及亚表面损伤等缺陷大幅减少；2)相同工艺条件下材料去除率可以达到传统化学机械抛光液的3倍；3)该新型抛光液成本低廉，无需特殊工艺制备，并且所有组分均不会造成环境污染。附图说明图1为传统抛光液硅溶胶中磨粒分布TEM图；图2为新型抛光液中氧化锆磨粒分布TEM图；图3为传统硅溶胶抛光液抛光后钇铝石榴石晶体表面的原子力显微镜图片；图4为新型化学机械抛光液抛光后钇铝石榴石晶体表面的原子力显微镜图片；图5为传统化学机械抛光液与新型化学机械抛光液抛光去除率与抛光质量对比。具体实施方式本专利技术以提高抛光后钇铝石榴石晶体表面质量和化学机械抛光材料去除率为目的，探究不同成分对抛光效果的影响，然后通过优化抛光液中不同组分的配比，最终获得性能优良的化学机械抛光液。具体包括以下步骤：1)确定选用粒径80nm的氧化锆作为抛光液磨料，其在溶液中的分散粒径如图1所示。硅酸钠和氧化镁作为化学反应试剂，浓度分别为0.05g/ml和3g/L。2)配置含8％的氧化锆水溶液作为抛光液1与含8％氧化锆，5％硅酸钠的混合水溶液作为抛光液2。对经过相同研磨预处理的钇铝石榴石晶片分别采用抛光液1和2进行抛光加工2h。抛光后钇铝石榴石晶片表面形貌如图2所示。可以看出，抛光液2抛光后的钇铝石榴石晶体表面平整，无凹坑，因此硅酸钠对钇铝石榴石晶体的抛光具有较好的促进作用。3)改变抛光液2中的添加剂氧化镁的浓度，测量钇铝石榴石晶体的化学机械抛光去除率。其测量结果如图3所示。可以看出，氧化镁在一定范围内可以促进抛光去除率的提升，当浓度为3g/L时，抛光去除率最高。4)配制传统商业硅溶胶抛光液，硅溶胶浓度为10％，作为抛光液3。配制含0.05g/ml的硅酸钠，0.08g/ml的80nm氧化锆和3g/L的氧化镁水溶液，超声振荡10min，作为抛光液4。2)选用IC1000作为化学机械抛光用抛光垫，通过金刚石修整器进行抛光垫修整。3)采用抛光液3和4进行YAG晶体的化学机械抛光试验，抛光压力为0.2Mpa，抛光盘转速80r/min，抛光液流量7ml/min。图4是抛光液3抛光后的原子力显微镜形貌图，图5是抛光液4抛光后的原子力显微镜形貌图。图5为抛光液3和4抛光性能数据对比。通过上述方法配置的化学机械抛光液4，在IC1000抛光垫上，以规定的工艺参数进行化学机械抛光实验，材料去除率为34nm/min，加工后可获得表面粗糙度为0.0755nm的YAG晶体表面。该工艺方法材料去除率为传统化学机械抛光的3倍，同时获得更高的晶体表面质量。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钇铝石榴石晶体的高效高质量化学机械抛光液，其特征在于，室温下，将磨料氧化锆、硅酸钠、氧化镁分别加入去离子水中，超声震荡得到化学机械抛光液；所述化学机械抛光液中，氧化锆浓度为0.02～0.12g/ml，粒径为0.02～0.20μm，所述的硅酸钠浓度为0.03～0.15g/ml，所述的氧化镁浓度为1～5g/L。

【技术特征摘要】
1.一种钇铝石榴石晶体的高效高质量化学机械抛光液，其特征在于，室温下，将磨料氧化锆、硅酸钠、氧化镁分别加入去离子水中，超声震荡得到化学机械抛光液；所述化学机械抛光液中，氧化锆浓度为0.02～0.12g/ml...

【专利技术属性】
技术研发人员：金洙吉，张自力，韩晓龙，慕卿，朱祥龙，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21