高分散性CeO抛光液的制备及其化学机械抛光性能研究

作     者：许宁 林雨 雒玉欣 马家辉 习世龙 霍宇 高凯龙 高梓恒 王卓 

作者机构：陕西科技大学材料科学与工程学院 

出 版 物：《中国稀土学报》 (Journal of the Chinese Society of Rare Earths)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金中国项目(52373314) 中国国家自然科学基金项目(51905324) 中国博士后科学基金项目(2022MD713771) 陕西省重点研究发展计划项目(2023-YBGY-499) 

主　　题：CeO 表面活性剂 抛光液 分散性 化学机械抛光 

摘      要：采用两步法（化学共沉淀法+熔盐法）制备了CeO2纳米磨粒，探讨了陈化温度对CeO2磨粒的粒径尺寸和分布的影响。将CeO2磨粒通过球磨配制成固含量为1.0 wt%的抛光液，重点研究了pH、表面活性剂种类和含量对抛光液分散稳定性及抛光性能的影响，探讨了表面活性剂对抛光液的分散机理。结果表明：在陈化温度为60 ℃时，CeO2磨粒粒径分布均匀，粒径尺寸为100 nm，颗粒存在一定的团聚现象。采用有机酸PAA（聚丙烯酸）和无机盐SHMP（六偏磷酸钠）作为表面活性剂，当pH=6，PAA的添加量为2.0 wt%时，吸光度最大、Zeta电位绝对值为25.1 mV；SHMP的添加量为0.5 wt%时，Zeta电位绝对值为14.3 mV，对比发现PAA对CeO2抛光液分散稳定性的提升较SHMP更明显。其次，加入表面活性剂后，CeO2抛光液对石英玻璃的去除率和表面粗糙度均有提升，添加2.0 wt% PAA的抛光液对石英玻璃的材料去除率为723.43 nm/min，表面粗糙度为0.1076 nm，较无表面活性剂CeO2抛光液对石英玻璃的材料去除率提升了15.39%，表面粗糙度降低了59.99%。本工作认为PAA作为有机酸表面活性剂含有-COOH基团，在水中易电离，形成-COO-基团，一部分会吸附在CeO2表面形成静电吸附作用，一部分会与铈离子发生化学反应，形成空间位阻效应，阻碍纳米磨料之间的团聚，提高抛光液的分散稳定性，这对促进抛光液抛光性能提升具有重要意义。