[发明专利]一种铌酸锂晶体化学机械抛光液

说明书

本发明提供一种铌酸锂晶体化学机械抛光液，属于精密/超精密加工技术领域。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。其中，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，其余为pH调节剂，各物质在去离子水中通过超声混合均匀。本发明提供的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，能够获得超光滑、无损伤的铌酸锂表面；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，缩短抛光时间。

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LiNbO₃，简称LN)是一种集压电效应、电光效应、非线性光学效应、光折变效应、光生伏打效应及声光效应等多种性能等于一体的多功能材料。利用压电效应制备高频器件；利用光学性能制备高品质的光波导和周期性极化晶体；利用非线性光学效应实现光频率转换、量子纠缠态光子产生；利用光折变效应实现全息储存和空间光调制器等；利用声学性能制备声表面滤波器。铌酸锂材料在不同的领域发挥了重要的作用，享有光电子时代的“光学硅”的美誉。

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：LiNbO₃+KOH→LiOH+KNbO₃，生成易溶于水的铌酸盐，加快铌酸锂的抛光效率。

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。