适用于光敏微晶玻璃的掺杂氧化铈光敏剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种适用于光敏微晶玻璃的掺杂氧化铈光敏剂及其制备方法与应用，该掺杂氧化铈光敏由通式Ce1‑

【技术实现步骤摘要】
适用于光敏微晶玻璃的掺杂氧化铈光敏剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于光敏微晶玻璃
，涉及光敏剂，具体涉及一种适用于光敏微晶玻璃的掺杂氧化铈光敏剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着电子工业的飞速发展，一种新型材料——Li2O
‑
Al2O3‑
SiO2光敏微晶玻璃逐渐进入人们的视野。光敏微晶玻璃具有强度高、介电性能好等优点，可加工成各种形状的薄片，其优异的机械和电气性能使其在电子工业中具有巨大的应用潜力。相对较低的介电常数和介电损耗以及较低的成本使得光敏微晶玻璃有望取代硅材料，广泛应用于集成电路、生物医学、航空航天等领域。
[0003]氧化铈是Li2O
‑
Al2O3‑
SiO2光敏微晶玻璃的重要组成部分，它可以作为捕获光子的光敏剂。其中CeO2是变价物质，可以在紫外线照射下释放自由电子，同时玻璃中的成核剂Ag2O捕获自由电子后形成银原子。相关反应式如下所示：
[0004]Ce
3+
+hv
→
Ce
4+
+e
‑
[0005]Ag
+
+e
‑
→
Ag
[0006]Li2O
‑
Al2O3‑
SiO2光敏微晶玻璃经过上述曝光过程后再经过热处理，曝光部分玻璃中的银原子会聚集成银胶粒子，这些银胶粒子可以作为晶核诱导Li2O
·
SiO2的结晶。由于Li2O
·r/>SiO2晶相在HF溶液中的溶解速度比未曝光区域玻璃基质的快，因此可以通过上述步骤对光敏微晶玻璃表面或内部的微观结构进行加工。
[0007]虽然目前CeO2作为光敏微晶玻璃的光敏剂被广泛应用，但由于CeO2的吸收峰在320nm 左右，而目前工业上常用曝光光源为0.35um光刻机。CeO2吸收峰与工业曝光光源波段的失配导致光敏微晶玻璃的曝光效率和质量有所下降。目前对于光敏微晶玻璃生产来说，并没有波长为320nm的专用光刻机，如果为提高曝光效率和质量而制作波长为320nm的专用光刻机，则将极大提高生产成本。

技术实现思路

[0008]针对现有光敏微晶玻璃的光敏剂CeO2存在的吸收峰与工业曝光光源波段的失配导致光敏微晶玻璃的曝光效率和质量低的问题，本专利技术的目的旨在提供一种适用于光敏微晶玻璃的掺杂氧化铈光敏剂及其制备方法与应用，通过自蔓延燃烧法对光敏剂CeO2进行掺杂改性，改善其光吸收性能使其吸收峰移动，以使其吸收峰与现有光源匹配，从而提高光敏微晶玻璃的成核效率与曝光质量。
[0009]为达到上述目的，本专利技术提供的一种适用于光敏微晶玻璃的掺杂氧化铈光敏剂，该掺杂氧化铈光敏由通式Ce1‑
x W
x
O2表示，通式中，x取值为：x＝0.05～0.25。
[0010]上述适用于光敏微晶玻璃的掺杂氧化铈光敏剂，W掺杂量过大时会降低CeO2结晶度， x的取值优选为：x＝0.1～0.2，进一步优选为x＝0.1。
[0011]上述适用于光敏微晶玻璃的掺杂氧化铈光敏剂的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)配料：以硝酸铈、偏钨酸铵水合物((NH4)6H2W
12
O
40
·
xH2O)以及有机燃料为原料，按通式Ce1‑
x W
x
O2中x的设定值确定的化学式进行称量配料，其中金属离子与有机燃料的摩尔比为1：1.5～2；
[0013](2)溶解：将硝酸铈溶解于去离子水中，将偏钨酸铵水合物溶解于硝酸中，再将两种溶液混合形成混合溶液；
[0014](3)制备前驱体溶液：将有机燃料加入到混合溶液中搅拌至溶解，在搅拌条件下加入氨水调节混合溶液PH值为7～8，获得前驱体溶液；
[0015](4)制备前驱体粉末：将前驱体溶液加热至沸腾并持续搅拌，直至形成干凝胶，将干凝胶粉末点燃，发生自蔓延燃烧，得到疏松状的前驱体粉末；
[0016](5)烧结：将得到的前驱体粉末进行烧结，烧结温度为950～1100℃，烧结时间为3～ 4h，自然冷却后得到烧结粉末；
[0017](6)球磨：将冷却后的烧结粉末进行湿法球磨，将球磨后的浆料烘干后，得到化学式为 Ce1‑
x W
x
O2的掺杂氧化铈光敏剂。
[0018]上述适用于光敏微晶玻璃的掺杂氧化铈光敏剂的制备方法，步骤(1)中，金属离子指铈以及钨离子。
[0019]上述适用于光敏微晶玻璃的掺杂氧化铈光敏剂的制备方法，偏钨酸铵水合物溶解于硝酸中，对于硝酸的用量以及其浓度并没有特殊的要求，将偏钨酸铵水合物完全溶解即可，硝酸浓度采用常规市售硝酸溶液浓度或实验室常规浓度即可。进一步地，偏钨酸铵水合物中金属离子的摩尔量与硝酸的比例可以为：偏钨酸铵水合物中金属离子的摩尔量为0.01mol时，可将其溶解到浓度为14.4～15.2mol/L、体积为15ml的硝酸溶液中。在本专利技术的实施例中，硝酸溶液为市售购买，浓度为14.4～15.2mol/L。
[0020]上述适用于光敏微晶玻璃的掺杂氧化铈光敏剂的制备方法，有机燃料的作用是与硝酸盐在加热时发生强烈的氧化还原放热反应，以维持反应进程并引起自蔓延燃烧，因此有机燃料可以选择并不限于柠檬酸、氨基乙酸、草酸或聚丙烯酸等本领域常规有机燃料，进一步优选为柠檬酸，柠檬酸为三元弱酸，在水溶液中发生多级电离，然后再与金属离子发生络合反应。硝酸盐/柠檬酸的配比会影响凝胶的稳定性和自燃烧效果。
[0021]上述钬掺杂铁酸铜多铁陶瓷的制备方法中，体系的pH值会影响柠檬酸的多级电离，进而对溶胶中组分分布产生影响。反应体系pH值较低时，柠檬酸的多级电离收到抑制，溶胶体系中金属离子部分与柠檬酸根络合，部分仍以硝酸盐的形式存在，导致溶胶组分分布不均匀；当pH值较高时，柠檬酸的电离较完全，但碱性条件会使金属离子形成沉淀，不能充分被络合，同样影响凝胶组分的均匀性，进而影响干凝胶的自燃烧特性。本专利技术中，控制pH值为 7～8，在该范围内，可以实现柠檬酸根和金属离子的充分络合以及后续干凝胶的完全燃烧。
[0022]上述适用于光敏微晶玻璃的掺杂氧化铈光敏剂的制备方法，所述步骤(5)中，烧结升温速率采用常规速率即可，优选3～4℃/min。
[0023]上述适用于光敏微晶玻璃的掺杂氧化铈光敏剂的制备方法，所述步骤(6)中，湿法球磨可以采用本领域常规的球磨介质和分散剂，以及常规球磨参数，并无特殊限定。在本专利技术中，优选以乙醇为介质、三乙醇胺为分散剂，对烧结粉末进行湿法球磨。
[0024]本专利技术提供的适用于光敏微晶玻璃的掺杂氧化铈光敏剂及其制备方法，其掺杂原理是： CeO2的带隙约为3.2eV，这源于氧的2p上的电子在向Ce的4f上的跃迁，掺杂后的CeO2纳米颗粒，由于掺杂金属W提供比4f(Ce)低的未占据轨道，电子从2p(O)轨道上跃迁到未占据的轨道需要的能量较低，所以掺杂后的CeO2纳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于光敏微晶玻璃的掺杂氧化铈光敏剂，其特征在于：该掺杂氧化铈光敏由通式Ce1‑
x W
x
O2表示，通式中，x取值为：x＝0.05～0.25。2.根据权利要求1所述的适用于光敏微晶玻璃的掺杂氧化铈光敏剂，其特征在于：x取值为：x＝0.1～0.2。3.根据权利要求1所述的适用于光敏微晶玻璃的掺杂氧化铈光敏剂，其特征在于：x取值为：x＝0.1。4.一种权利要求1
‑
3任一所述的适用于光敏微晶玻璃的掺杂氧化铈光敏剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)配料：以硝酸铈、偏钨酸铵水合物以及有机燃料为原料，按通式Ce1‑
x W
x
O2中x的设定值确定的化学式进行称量配料，其中金属离子与有机燃料的摩尔比为1：1.5～2；(2)溶解：将硝酸铈溶解于去离子水中，将偏钨酸铵水合物溶解于硝酸中，再将两种溶液混合形成混合溶液；(3)制备前驱体溶液：将有机燃料加入到混合溶液中搅拌至溶解，在搅拌条件...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍伟荣，樊睿，于天来，罗汝佳，王万彬，胡斌，林彬，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：