Chimik mekanik polisaj (CMP) se metòd la sèlman nan fabrikasyon semi-conducteurs ki anplwaye aksyon an sinèrji nan fòs mekanik ak chimik yo retire depase materyèl nan sifas aparèy, diminye brutality sifas, epi jwenn sifas planarized. Li se tou yon teknoloji kle pou fabrike entèrkonèksyon milti nivo nan chips semi-conducteurs ak sikui entegre.
Nan pwosesis semi-conducteurs CMP, ceria (CeO₂) depi lontan te kenbe yon pozisyon santral nan planarization kouch dielectric. Konpare ak koloidal silica oswa alumina abrazif ki gen menm gwosè patikil, lisier CeO₂ montre yon efè dan chimik nan direksyon Silisyòm -materyèl ki baze sou tankou diyoksid Silisyòm (SiO₂) ak nitrure Silisyòm (Si₃N₄) nan konsantrasyon ekivalan, sa ki lakòz pi wo bon jan kalite polisaj. Diferan pèfòmans sa a pa ka eksplike sèlman pa dite ak paramèt gwosè patikil -rasin li yo chita nan chimi inik valens varyab nan seryom.
Baz estriktirèl CeO₂: Pòs Oksijèn ak orijin Ce³⁺
CeO₂ gen yon estrikti kib fliyò, kote chak atòm Ce kowòdone pa uit atòm oksijèn. Anba rapò esteyyometrik ideyal la, seryòm egziste kòm Ce⁴⁺. Sepandan, òbit elèktron 4f nan seryòm pèmèt yon tranzisyon revèsib ant Ce⁴⁺ ak Ce³⁺: lè yo retire yon iyon oksijèn nan lasi a, iyon Ce⁴⁺ ki antoure yo jwenn elektwon epi yo redwi a Ce³⁺, ansanm kite yon vid oksijèn, kidonk fòme Ceₓ₂₋ₓ₂.
Reyaksyon koòdone nan koòdone polisaj la: fòmasyon ak kraze lyezon Ce–O–Si
Retire SiO₂ pa CeO₂ se yon pwosesis ki enplike tou de reyaksyon chimik ak fòs mekanik, ki ka rezime nan etap sa yo:
01 Sifas hydroxylation
Nan yon anviwònman sispansyon akeuz, Si-O-Si oksijèn pon an sou sifas SiO₂ idrolize pou fòme gwoup silanol (Si-OH). An menm tan an, sit aktif Ce³⁺ yo sou sifas patikil CeO₂ yo pote gwoup idroksil (Ce–OH).
02 Fòmasyon lyezon Ce–O–Si
Ce-OH ak Si-OH sibi dezidratasyon kondansasyon, fòme lyezon kovalan ant patikil la ak substra a. Kosyon Ce-O-Si a fè pon koòdone patikil-substra a, ki konekte dirèkteman chimikman patikil abrazif la ak sifas SiO₂. Etid yo te detekte prezans kosyon sa a sou patikil poli ak sifas wafer lè l sèvi avèk XPS, TEM, ak espektroskopi enfrawouj.
Ce–OH + HO–Si → Ce–O–Si + H₂O
03 Entèvansyon mekanik ak retire materyèl
Anba aksyon polisaj presyon pad ak mouvman relatif, kosyon Ce–O–Si rale Si atòm nan sifas rezo an gwo SiO₂, ki lage nan sispansyon an kòm silikat idrosolubl (Si(OH)₄). Apre detachman, Ce–O–Si sou sifas patikil la idrolize pou rejenere Ce–OH, pou konplete yon sik retire. Mekanis sa a souvan refere yo kòm "retire sinèrjetik chimyomekanik": reyaksyon chimik la (kondansasyon ak fòmasyon kosyon) febli enèji nan obligatwa nan kouch sifas SiO₂, pandan y ap fòs mekanik la akonpli retire final la - tou de se endispansab.
Nòt:Ce⁴⁺ pa patisipe dirèkteman nan reyaksyon entèfas, men li se avantou pou operasyon ki estab nan tout sistèm nan. Nan solisyon akeuz oksidan (sispansyon CMP anjeneral opere nan pH 4-8), faz tèrmodinamik ki estab nan CeO₂ se estrikti fliyò ki domine Ce⁴⁺. Prezans Ce⁴⁺ asire entegrite estriktirèl patikil yo anba estrès mekanik epi li sèvi tou kòm yon rezèvwa ion pou rejenerasyon Ce³⁺.
Enstriksyon rechèch aktyèl pou abrazif CeO₂
Efò rechèch aktyèl yo sou amelyore abrazif CeO₂ konsantre prensipalman sou twa direksyon sa yo:
01 Optimizasyon mòfoloji
Mòfoloji CeO₂ (esferik, kib, tankou baton, polyedral, elatriye) afekte enèji sifas li yo, rapò ekspoze nan fasèt kristal aktif, ak estabilite dispèsyon li nan sispansyon an. Mòfoloji diferan montre diferans nan konsantrasyon sifas Ce³⁺ ak konpòtman idrodinamik. Chèchè yo kontwole kondisyon sentèz idrotèmal yo pou ajiste mòfoloji a, ki vize pou amelyore pousantaj retire ak estabilite lisier.
02 Modifikasyon estriktirèl
Konstwi estrikti nwayo-koki oswa konpoze eterojèn nan CeO₂ ak SiO₂ oswa materyèl polymère pèmèt akor similtane nan dite patikil, chimi sifas, ak dispersibility. Pou egzanp, estrikti nwayo-koki SiO₂@CeO₂ diminye risk pou yo grate mekanik atravè yon nwayo mou pandan y ap kenbe aktivite chimik sifas CeO₂. Estrikti konpoze etewojèn ka amelyore kapasite polisaj selektif nan direksyon substrats espesifik atravè efè sinèrjetik ant de materyèl yo.
03 Dopaj elemantè pou kontwole konsantrasyon pòs vid oksijèn
Dopaj ak eleman trivalan (La³⁺, Nd³⁺, Yb³⁺, elatriye) nan lasi CeO₂ entwodui plis pòs oksijèn akòz konpansasyon chaj, ansanm diminye ki antoure Ce⁴⁺ a Ce³⁺ epi dirèkteman amelyore reyaksyon sifas yo. Eksperyans yo te montre ke Nd dopaj ka ogmante to a retire materyèl (MRR) a plis pase twa fwa sa ki nan kontwòl la undoped.