一种铌酸锂晶体化学机械抛光液

技术领域

本发明属于精密/超精密加工技术领域，涉及一种新型铌酸锂晶体化学机械抛光的抛光液。

背景技术

铌酸锂晶体(分子式LiNbO

随着移动通信技术(5G)、集成光子学以及量子光学等领域不断发展，对基底材料的质量要求越来越严格，尤其是平整度、表面粗糙度和表面形貌。当铌酸锂材料表面质量较差时，铌酸锂薄片会有很高的散射损耗，影响元器件的性能。因此在精密和超精密加工领域对抛光技术提出了更高的要求。化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)是一种能获得既平坦、又无划痕和杂质玷污表面的工艺，此工艺利用抛光液的化学作用与磨粒的机械作用，通过调整实验参数使化学作用和机械作用达到平衡点，以较高的效率获得高质量的材料表面，来实现精密和超精密加工。

专利CN 102010659 B提出了一种在负压搅拌制备法制备的铌酸锂化学机械抛光液，该抛光液便于运输和储存，但其制备方法在负压状态下进行，制备环境比较复杂。专利CN 101857775 B提出了一种以二氧化硅的硅溶胶为母液配制的铌酸锂化学机械抛光液，该抛光液在相应的抛光工艺条件下可实现铌酸锂晶片的超精密加工，但其所获得的铌酸锂晶体粗糙度为0.8574nm，此时的铌酸锂晶体仍有较高的散射损耗。

因此，亟需一种能快速获得低表面粗糙度、超光滑、无损伤铌酸锂晶体表面的抛光液。

发明内容

针对现有抛光液的问题，本发明提出一种新型铌酸锂的化学机械抛光液，在获得超光滑、无损伤铌酸锂晶体的同时可有效地提升抛光效率。

本发明解决问题所采用的技术方案是：

一种铌酸锂晶体化学机械抛光液，所述铌酸锂化学机械抛光液的pH为9.5-10，包含溶质和溶剂两部分。

所述溶剂为去离子水。

按溶质总质量分数100％计，其各组分和质量百分比含量如下：10～20wt％硅溶胶，1～2wt％氢氧化钾，0.02～0.05wt％表面活性剂，适量的pH调节剂，各物质在去离子水中通过超声混合均匀。

进一步的，所述的硅溶胶，其中的二氧化硅磨料的粒径为20-50nm，二氧化硅磨料在硅溶胶中的质量分数为10～20％。

进一步的，所述氢氧化钾的作用是用于调节抛光液的pH值，氢氧化钾会与铌酸锂发生以下反应：LiNbO

进一步的，所述的表面活性剂为氧化石墨烯，氧化石墨烯与抛光液其它成分的复合作用下，与铌酸锂晶体表面发生化学作用，使工件表面软化，提高材料的去除率，并提高表面质量。

进一步的，所述的pH调节剂包括磷酸、乙酸、草酸和柠檬酸等，这些调节剂不仅有调节pH的作用，还可以作为络合剂存在抛光液中。

本发明所述的一种新型铌酸锂化学机械抛光液，可按照常规方法进行制备，例如将各组分按配比及去离子水、硅溶胶、氢氧化钾、pH调节剂和氧化石墨烯指定顺序加入去离子水中，用超声分散约30分钟，即可得到该抛光液。

本文发明的有益效果是：

本发明的铌酸锂化学机械抛光液腐蚀作用适中，在保证抛光液化学作用前提下，同时机械作用与化学作用可以达到平衡点，获得超光滑、无损伤的铌酸锂表面。

本发明的铌酸锂化学机械抛光液中的氧化石墨烯可以促使工件表层氧化并形成软化层，加快工件表面的抛光效率。

本发明的铌酸锂化学机械抛光液在相同的实验条件下可以将表面粗糙度降低至0.1～0.5nm，同时可以缩短抛光时间，提高了抛光效率。

附图说明

图1为实施例1的表面形貌图；

图2为实施例2的表面形貌图。

具体实施方式

下面结合具体实施方例对本发明进行进一步的说明，所述的实例仅仅是本发明的一部分施例，并不是全部的施案。本发明的具体实施例及其说明仅用于解释本发明，并不对本发明的范围进行限定。

将配制后的铌酸锂化学机械抛光液用于铌酸锂抛光实验。

使用美国ZYGO公司生产的白光干涉仪测量抛光后铌酸锂的表面粗糙度，使用基恩士公司的超景深显微镜观察铌酸锂的表面形貌。

以下实施例对铌酸锂抛光后的表面粗糙度见表1

实施例1

所述溶剂为去离子水。

按溶质总质量分数100％计，其各组分和质量百分比含量如下：10wt％硅溶胶，2wt％氢氧化钾，0.02wt％表面活性剂，适量的pH调节剂，各物质在去离子水中通过超声混合均匀。

本实施例所述的铌酸锂化学机械抛光液，由以下步骤制备：

按重量配比将10wt％硅溶胶2wt％氢氧化钾加入去离子水中初步搅拌；

加入pH调节剂柠檬酸调节pH至10.5左右；

加入0.02wt％氧化石墨烯；

继续加入pH调节剂柠檬酸调节pH至10；

将上述混合液体置于水浴中超声30分钟并搅拌至混合均匀。

实施例2

所述溶剂为去离子水。

按溶质总质量分数100％计，其各组分和质量百分比含量如下：10wt％硅溶胶，1wt％氢氧化钾，0.02wt％表面活性剂，适量的pH调节剂，各物质在去离子水中通过超声混合均匀。

本实施例所述的铌酸锂化学机械抛光液，由以下步骤制备：

按重量配比将10wt％硅溶胶1wt％氢氧化钾加入去离子水中初步搅拌；

加入pH调节剂柠檬酸调节pH至10左右；

加入0.02wt％氧化石墨烯；

继续加入pH调节剂柠檬酸调节pH至9.5左右；

将上述混合液体置于水浴中超声30分钟并搅拌至混合均匀。

实施例3

所述溶剂为去离子水。

按溶质总质量分数100％计，其各组分和质量百分比含量如下：15wt％硅溶胶，2wt％氢氧化钾，0.05wt％表面活性剂，适量的pH调节剂，各物质在去离子水中通过超声混合均匀。

本实施例所述的铌酸锂化学机械抛光液，由以下步骤制备：

按重量配比将15wt％硅溶胶2wt％氢氧化钾加入去离子水中初步搅拌；

加入pH调节剂草酸调节pH至10.5左右；

加入0.05wt％氧化石墨烯；

继续加入pH调节剂草酸调节pH至10；

将上述混合液体置于水浴中超声30分钟并搅拌至混合均匀。

实施例4

所述溶剂为去离子水。

按溶质总质量分数100％计，其各组分和质量百分比含量如下：20wt％硅溶胶，1wt％氢氧化钾，0.05wt％表面活性剂，适量的pH调节剂，各物质在去离子水中通过超声混合均匀。

本实施例所述的铌酸锂化学机械抛光液，由以下步骤制备：

按重量配比将20wt％硅溶胶1wt％氢氧化钾加入去离子水中初步搅拌；

加入pH调节剂柠檬酸调节pH至10左右；

加入0.05wt％氧化石墨烯；

继续加入pH调节剂柠檬酸调节pH至9.7；

将上述混合液体置于水浴中超声30分钟并搅拌至混合均匀。

表1实施例效果表

以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。