一种金刚石用抛光液及金刚石衬底的抛光方法与流程

本申请涉及一种金刚石用抛光液及金刚石衬底的抛光方法，属于金刚石抛光。

背景技术：

1、金刚石作为一种具有极高硬度和硬脆特性的材料，广泛应用于各个领域，如电子、光学、工具加工等。目前需要对金刚石晶体进行切割、研磨、抛光等工序才能够对金刚石进行工业化利用。

2、金刚石表面的微小不平整和杂质会影响其光学和电子性能，由于金刚石的硬度极高，传统的抛光方法往往无法实现对金刚石表面的原子级粗糙度的控制，因此极大地限制了金刚石的应用。

3、目前一些研究人员采用芬顿试剂对硅、碳化硅、氮化镓等材料进行抛光，利用亚铁离子与双氧水的氧化性对材料表面进行氧化抛光，然而芬顿试剂中，亚铁离子与双氧水的氧化速度极快，将其用于金刚石衬底的抛光时一是会使得反应初期氧化速度极快，使得抛光工艺无法与氧化速度匹配，无法实现均匀抛光；二是随着亚铁离子的急剧消耗，反应难以长时间维持，使得抛光难以有效进行。上述两种情况均使得金刚石衬底的表面不平整，抛光效果差，难以实现金刚石表面原子级粗糙度的控制。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，提供了一种金刚石用抛光液及金刚石衬底的抛光方法，该抛光液通过使用微溶于水的铁盐来实现铁源的供给，能够在双氧水的存在下实现羟基自由基的稳定供应，从而有效去除金刚石表面的杂质，实现对金刚石表面的原子级粗糙度的控制。

2、根据本申请的一个方面，提供了一种金刚石用抛光液，所述抛光液包括金刚石微粉、三价铁盐、双氧水和水，所述抛光液中金刚石微粉、三价铁盐、双氧水和水的重量比为（0.02~0.1）：（0.02~0.1）：（0.05~0.1）：1，所述双氧水中过氧化氢的浓度为30%。

3、本申请的抛光液中三价铁盐微溶于水，因此随着铁盐的溶解速度能够实现铁源的稳定供给，其与双氧水反应能够实现羟基自由基的稳定供应，故能够通过三价铁盐和双氧水的结合控制抛光液对金刚石衬底表面的氧化速度，结合抛光工艺实现对金刚石表面的原子级粗糙度的控制。能够快速高效的去除微小的不平整和杂质，使金刚石表面更加光滑。

4、双氧水作为抛光液中的氧化性成分，本身也能够对金刚石表面进行软化，使其易于抛光，还能够与三价铁盐反应得到氧化性更强的羟基自由基从而对金刚石表面进行氧化，提高抛光效果。若抛光液中双氧水的量过多，则对金刚石表面的软化及与三价铁盐的反应提升有限，但会导致成本的增加，并且也会降低金刚石微粉的含量，进而一定程度上降低抛光效果；若双氧水的量过少，则对金刚石表面的软化作用下降，并且使得羟基自由基的含量也下降，从而难以实现对金刚石衬底的高效抛光，并使得抛光后金刚石衬底的表面粗糙度上升，难以得到原子级粗糙度的金刚石衬底。

5、金刚石微粉用于去除金刚石衬底表面的杂质，降低金刚石衬底的表面粗糙度，金刚石微粉的含量影响金刚石衬底的抛光效果，若金刚石微粉含量过小，则对金刚石衬底的去除速率变慢，延长抛光时间，增加金刚石衬底的生产成本，若金刚石微粉的含量过多，则金刚石微粉易在抛光液中团聚，导致抛光效果下降。

6、可选地，所述金刚石微粉的粒径为0.5~1μm。

7、若金刚石微粉的粒径过小，则抛光去除速度变低，延长抛光时间，增加金刚石衬底的生产成本，并且还会增加金刚石微粉团聚的概率，使得抛光后金刚石衬底的表面粗糙度差异性增大；若金刚石微粉的粒径过大，则会使得金刚石衬底的表面粗糙度增大，且易对金刚石衬底表面产生损伤，降低最终的抛光效果。

8、可选地，所述三价铁盐选自氢氧化铁、氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、磷酸铁、乙酸铁中的至少一种。

9、优选的，所述三价铁盐选自氯化铁、硫酸铁、硝酸铁中的至少一种。该三种三价铁盐更容易控制抛光液中羟基自由基的生产速率及氧化速度，相比于其他铁盐的抛光效果更好，并且不会引入杂质，使得金刚石衬底的表面粗糙度显著下降。

10、根据本申请的又一个方面，提供了一种金刚石衬底的抛光方法，包括下述步骤：

11、（1）将金刚石微粉、三价铁盐、双氧水和水按重量比为（0.02~0.1）：（0.02~0.1）：（0.05~0.1）：1配置抛光液；

12、（2）将待抛光金刚石衬底固定并放置于抛光布上，将所述抛光液通入待抛光金刚石衬底和抛光布之间，采用抛光机对待抛光金刚石衬底进行抛光。

13、上述抛光过程中，采用能够稳定产生羟基自由基的抛光液，结合抛光布的抛光能够金刚石衬底进行快速且均匀的抛光，并且根据具体要求，可实现不同程度的表面粗糙度控制。

14、可选地，所述金刚石微粉的粒径为0.5~1μm。

15、可选地，所述三价铁盐选自氢氧化铁、氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、磷酸铁、乙酸铁中的至少一种；

16、优选的，所述三价铁盐选自氯化铁、硫酸铁、硝酸铁中的至少一种。

17、可选地，所述抛光过程中需补加双氧水，所述双氧水的补加量为1~10ml/min。

18、在上述抛光液的基础上，结合抛光过程中定量补加双氧水，能够保证抛光过程中对金刚石衬底表面进行软化并实现羟基自由基的稳定供应，从而实现对金刚石衬底表面杂质及表面损伤层的高效、均匀去除，能够适用于对各种尺寸的金刚石衬底进行抛光，以实现原子级的表面粗糙度。

19、可选地，所述待抛光金刚石衬底所受压强为100~600g/cm-2，优选为350~450g/cm-2。

20、可选地，所述抛光布设置在抛光盘上，所述抛光盘的转速为30~100rpm。

21、可选地，抛光液的流量为0.01~1l/min。

22、本抛光方法中金刚石衬底所受压强较大，其是与抛光液中产生的羟基自由基的速度相匹配的，该压强和转速及流量与抛光液成分及补加的双氧水的量相互协同，从而实现对金刚石衬底的高效、稳定抛光，并提高批量化抛光的金刚石衬底的表面一致性，有利于金刚石衬底的工业化生产。

23、本申请的有益效果包括但不限于：

24、1．本申请的抛光液中含有三价铁盐和双氧水，二者能够反应生成氧化性较强的羟基自由基，通过该羟基自由基对金刚石衬底的表面进行氧化，从而在抛光过程中实现对表面杂质和不平整区域的去除，使金刚石表面更加光滑。

25、2．本申请的金刚石衬底的抛光方法，在抛光液成分改进的基础上结合定量补加双氧水的方式能够实现羟基自由基的稳定供应，从而实现对金刚石表面的原子级粗糙度的控制。

技术特征：

1.一种金刚石用抛光液，其特征在于，所述抛光液包括金刚石微粉、三价铁盐、双氧水和水，所述抛光液中金刚石微粉、三价铁盐、双氧水和水的重量比为（0.02~0.1）：（0.02~0.1）：（0.05~0.1）：1，所述双氧水中过氧化氢的浓度为30%。

2.根据权利要求1所述的金刚石用抛光液，其特征在于，所述金刚石微粉的粒径为0.5~1μm。

3.根据权利要求1所述的金刚石用抛光液，其特征在于，所述三价铁盐选自氢氧化铁、氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、磷酸铁、乙酸铁中的至少一种。

4.一种金刚石衬底的抛光方法，其特征在于，包括下述步骤：

5.根据权利要求4所述的金刚石衬底的抛光方法，其特征在于，所述金刚石微粉的粒径为0.5~1μm。

6.根据权利要求4所述的金刚石衬底的抛光方法，其特征在于，所述三价铁盐选自氢氧化铁、氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、磷酸铁、乙酸铁中的至少一种。

7.根据权利要求4所述的金刚石衬底的抛光方法，其特征在于，步骤（2）的抛光过程中需补加双氧水，所述双氧水的补加量为1~10ml/min。

8.根据权利要求4所述的金刚石衬底的抛光方法，其特征在于，所述待抛光金刚石衬底所受压强为100~600g/cm-2。

9.根据权利要求4所述的金刚石衬底的抛光方法，其特征在于，所述抛光布设置在抛光盘上，所述抛光盘的转速为30~100rpm。

10.根据权利要求4所述的金刚石衬底的抛光方法，其特征在于，所述抛光液的流量为0.01~1l/min。

技术总结本申请公开了一种金刚石用抛光液及金刚石衬底的抛光方法，属于金刚石抛光技术领域。该抛光液包括金刚石微粉、三价铁盐、双氧水和水，所述抛光液中金刚石微粉、三价铁盐、双氧水和水的重量比为（0.02~0.1）：（0.02~0.1）：（0.05~0.1）：1，所述双氧水中过氧化氢的浓度为30%。本申请的抛光液通过使用微溶于水的铁盐来实现铁源的供给，能够在双氧水的存在下实现羟基自由基的稳定供应，从而有效去除金刚石表面的杂质，实现对金刚石表面的原子级粗糙度的控制。技术研发人员：王旗,王立凤,刘硕,朱灿,马立兴,宋猛,李硕,邵殿领,李印,隋晓明受保护的技术使用者：山东天岳先进科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13