1.本发明涉及蓝宝石加工工艺技术领域，特别是一种蓝宝石抛光液及其制备方法。
背景技术：
2.蓝宝石集优良的光学、物理和化学性能于一体，与天然的宝石有着相同的光学性能、力学性能、热学性能、电气性能和介电特性，并且化学性质稳定、防腐蚀，莫氏硬度达到9级，仅次于金刚石的硬度。由于蓝宝石本身具有优良的性质故其已经广泛被应用于国防、科研、工业等领域，在其众多的应用中由于蓝宝石与gan之间的晶格常数失配率小，所以现阶段是最主要的gan薄膜外延衬底之一。由于gan被誉为第三代半导体材料，其有着很广泛的应用，但是gan很难制作块体材料，必须要在其他的衬底材料上生长gan薄膜。在众多的衬底材料中蓝宝石被实践证明是最适合gan生长的衬底材料。目前已经在蓝宝石衬底上外延生长出了gan薄膜，并且已经研发出gan基的蓝色发光二极管及激光二极管。
3.要想外延生长出高质量的gan薄膜，必须对衬底材料进行抛光以得到平整光亮、晶格完整的清洁表面。衬底表面质量直接影响着外延层的质量、器件的性能参数及产品的成品率。所以应用于制造生产的蓝宝石衬底材料必须经过抛光才能应用到实际的生产中去。蓝宝石的抛光方法一般有机械、化学和机械化学的抛光方法。机械抛光是用硬质磨料对晶片抛光，但是蓝宝石的莫氏硬度为9仅次于金刚石，故机械研磨很难将其表面抛光，而且这种靠机械力抛光的加工方法使衬底表面质量不高而且存在较深的亚表层损伤，导致产品性能和加工成品率的降低；化学抛光其抛光速率低而且抛光的表面形貌的精度会降低；化学机械抛光综合了机械和化学抛光的优势，在抛光速率、抛光精度、表面损伤方面有着明显的提高。以上所述蓝宝石的抛光方法都有其各自的特点，但是对于切割完表面具有较深划痕的蓝宝石晶片其抛光的加工效率较低，要得到较好的表面质量需要较长的时间，且抛光后表面还会出现腐蚀坑和亚表面层有微裂缝等问题。这些问题与抛光过程中所使用的抛光液有着极密切的关系。
4.专利（cn102343547a）当中列出了有关蓝宝石抛光液的多种抛光方法，在所述现有技术中，抛光液均采用单一的抛光磨料硅溶胶，由于硅溶胶的莫氏硬度比蓝宝石要小，故抛光过程中的机械研磨的作用被降低了，所以蓝宝石衬底抛光加工的效率不是很高。综上所述现有的各种抛光方法及抛光液虽然能够很好的降低蓝宝石衬底材料的表面粗糙度而且能够达到很好的平整度，但是这些抛光方法一般都需要经过几个步骤才能完成，抛光工艺复杂，操作不是很方便。而且抛光液都采用单一的磨料这使得使用硬度较大的金刚石为磨料时蓝宝石表面在抛光过程中可能会产生划痕或亚表层裂缝，使用硬度较小的硅溶胶时抛光速率降低，致使整个加工效率降低。
技术实现要素：
5.本发明的目的是针对上述技术分析和存在问题，提供一种蓝宝石抛光液及其制备方法，该方法借助于氧化铝磨粒的高硬度提供机械移除能力，在适宜koh浓度下，分多次适
量添加与氧化铝反应更为柔和的辅助磨料（氧化硅、氧化铈等）能够起到进一步增强化学移除而不会造成氧化铝磨料过分消耗，实现抛光过程中整体移除率提升的效果。
6.本发明的技术方案如下：一种蓝宝石抛光液， 包括主磨料、辅助磨料、悬浮剂、ph调节剂和溶剂，所述主磨料为氧化铝颗粒，所述辅助磨料为一种氧化物，所述氧化物满足在相同温度条件下，与氧化铝发生化学反应的吉布斯自由能小于氧化铝与koh发生反应的吉布斯自由能。
7.在本发明一实施例中，所述辅助磨料为氧化硅、氧化铈、氧化铁或氧化镁。
8.在本发明一实施例中，所述辅助磨料的质量百分比小于0.5%。
9.在本发明另一实施例中，所述辅助磨料为氧化锌和氧化硅，所述氧化锌的质量百分比小于0.5%，所述氧化硅的质量百分比小于0.5%。
10.在本发明一实施例中，所述ph调节剂为koh，所述抛光液的ph值为10~13，为氧化铝抛光液提供碱性的加工环境，为抛光过程提供基本的化学移除能力。
11.在本发明一实施例中，所述悬浮剂为水杨酸钾、硝酸钾、咪唑啉、硬脂酸钾、聚烷基硅氧烷、醋酸钾、氨基酸、聚烯钾和有机胶体，在实际生产过程中，为了使悬浮剂达到更优的悬浮效果，还可以添加助剂，所述助剂的成分为：硅酸钠、丙二醇甲醚醋酸酯、十二碳醇酯、丙烯酸甲酯、交联羧甲基纤维素钠和乳化剂。
12.在本发明一实施例中，所述溶剂为去离子水。
13.本发明的另一方面，提供了一种蓝宝石抛光液的的制备方法，包括以下步骤：s1、将主磨料、悬浮剂、ph调节剂添加至溶剂中并进行搅拌，得到均匀混合的液体。
14.s2、在蓝宝石抛光过程中，将辅助磨料间隔预定时间，以预定剂量分多次添加到上述s1所述的液体中；所述预定时间为0~2h，所述预定剂量为辅助磨料的质量百分比大于4ppm，所述多次为每轮抛光过程中大于2次。
15.s3、重复上述s2步骤直至抛光完成。
16.本发明技术方案分析：在常规的蓝宝石抛光液中，主磨料通常较为单一，一般为氧化铝颗粒，氧化铝磨料主要依靠koh提供化学作用，而koh与氧化铝的化学反应过于剧烈，不但提升了蓝宝石的化学移除率，而且还与氧化铝磨料发生了剧烈的化学反应，这样的情况造成磨料的机械移除能力快速下降，影响了抛光液的使用寿命。
17.本发明的技术方案始终保持koh的浓度处于较低的水准，保证对磨料的消耗比较慢。为了维持较快的化学移除能力，则需要添加一种氧化物作为辅助磨料，辅助磨料能够加快化学移除能力，辅助磨料作为固体与主磨料的反应变慢，化学反应相对也较为柔和，再加上抛光过程中多次少量的添加方式，保证了添加进去的磨料始终存在并维持在预定的浓度，减少了辅助磨料一次性加入造成的抛光液反应过于剧烈而导致移除率降低的问题。
18.在实际生产中，辅助磨料的添加量会根据具体的抛光速度、抛光温度、抛光压力、主磨料的浓度、主磨料颗粒大小和主磨料颗粒的表面处理方式等参数存在些微差异，辅助磨料的添加量以起到辅助磨料对加工工件移除率大于辅助磨料对主磨料的催化造成的机械移除能力降低的效果，来实现对主磨料移除率提升的效果为准。
19.综上所述，本发明以上所述的一种蓝宝石抛光液及其制备方法具有以下有益效果：1. 本发明所述的抛光液产品粒径d50小于7um，抛光后蓝宝石衬底表面粗糙度小
于0.5nm，衬底表面光滑无缺陷，完全能够胜任外延或图案化衬底后续的加工要求；2. 通过辅助磨料的化学催化作用，实现了抛光效率的提升和抛光液使用寿命的提升，平均抛光移除率提升15%~35%，抛光液的使用寿命提升10%~50%。
20.具体实施方式
21.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.实施例1：一种蓝宝石抛光液，其中：主磨料氧化铝颗粒为3份，悬浮剂为水杨酸钠1份、硝酸钾3份、咪唑啉2份、硬脂酸钠4份、聚二甲基硅氧烷2份、醋酸钾3份、蛋氨酸2份、聚烯钾1份和有机胶体1份，本实施例中溶剂为去离子水240份，将主磨料、悬浮剂倒入溶剂中，研磨搅拌2.5h，使用80~85
°
的水浴加热1h，冷却至室温后加入koh，将溶液的ph值调节至12~14范围内。之后再将混合好的液体导入浆料桶中开始蓝宝石的抛光作业，作业过程中，每间隔15min即加入1ppm 氧化铈辅助磨料辅助提升抛光效率，直至本轮抛光作业完成。
23.本实施例所述的抛光液产品在完成抛光后，衬底表面的粗糙度小于0.5nm，光滑无缺陷，同时通过辅助磨料的化学催化作用，实现了抛光效率的提升和抛光液使用寿命的提升。
24.实施例2一种蓝宝石抛光液，其中：主磨料配液方法：氧化铝颗粒为3份，悬浮剂为水杨酸钠1份、硝酸钾3份、咪唑啉2份、硬脂酸钠4份、聚二甲基硅氧烷2份、醋酸钾3份、蛋氨酸2份、聚烯钾1份和有机胶体1份。为了使悬浮剂达到更优的悬浮效果，还可以添加助剂，本实施例中助剂的组成为硅酸钠1份、丙二醇甲醚醋酸酯3份、十二碳醇酯2份、丙烯酸甲酯2份、交联羧甲基纤维素钠2份和乳化剂4份。本实施例中溶剂为去离子水240份，将主磨料、悬浮剂及助剂倒入溶剂中，研磨搅拌2.5h，使用80~85
°
的水浴加热1h，冷却至室温后加入koh，将溶液的ph值调节至12~14范围内。
25.辅助磨料配液方法：氧化铈颗粒1份，悬浮剂为水杨酸钠1份、硝酸钾3份、咪唑啉2份、硬脂酸钠4份、聚二甲基硅氧烷2份、醋酸钾3份、 蛋氨酸2份，另外添加助剂4份，助剂的组成为：硅酸钠1份、丙二醇甲醚醋酸酯3份、十二碳醇酯2份、丙烯酸甲酯2份、交联羧甲基纤维素钠2份和乳化剂4份。本实施例中溶剂为去离子水240份，研磨搅拌2.5h，使用80~85
°
的水浴加热1h，冷却至室温后即可获得氧化铈抛光液。
26.在抛光过程中，采用滴流泵送的方式，将辅助磨料配液缓慢滴入主磨料配液桶中，直到本轮抛光作业完成，本实施例所述的抛光液产品在完成抛光后，衬底表面的粗糙度小于0.5nm，光滑无缺陷，同时通过辅助磨料的化学催化作用，实现了抛光效率的提升和抛光液使用寿命的提升。
27.实施例3
一种蓝宝石抛光液，其中：主磨料氧化铝颗粒为3份，悬浮剂为水杨酸钠1份、硝酸钾3份、咪唑啉2份、硬脂酸钠4份、聚二甲基硅氧烷2份、醋酸钾3份、蛋氨酸2份、聚烯钾1份和有机胶体1份。为了使悬浮剂达到更优的悬浮效果，还可以添加助剂，本实施例中助剂的组成为硅酸钠1份、丙二醇甲醚醋酸酯3份、十二碳醇酯2份、丙烯酸甲酯2份、交联羧甲基纤维素钠2份和乳化剂4份。本实施例中溶剂为去离子水240份，将主磨料、悬浮剂及助剂倒入溶剂中，研磨搅拌2.5h，使用80~85
°
的水浴加热1h，冷却至室温后加入koh，将溶液的ph值调节至12~14范围内。
28.之后再将混合好的液体导入浆料桶中开始蓝宝石的抛光作业，作业过程中，每间隔15min即加入1ppm 氧化铁辅助磨料辅助提升抛光效率，直至本轮抛光作业完成。本实施例所述的抛光液产品在完成抛光后，衬底表面的粗糙度小于0.5nm，光滑无缺陷，同时通过辅助磨料的化学催化作用，实现了抛光效率的提升和抛光液使用寿命的提升。
29.实施例4一种蓝宝石抛光液，其中：主磨料氧化铝颗粒为3份，悬浮剂为水杨酸钠1份、硝酸钾3份、咪唑啉2份、硬脂酸钠4份、聚二甲基硅氧烷2份、醋酸钾3份、蛋氨酸2份、聚烯钾1份和有机胶体1份。为了使悬浮剂达到更优的悬浮效果，还可以添加助剂，本实施例中助剂的组成为硅酸钠1份、丙二醇甲醚醋酸酯3份、十二碳醇酯2份、丙烯酸甲酯2份、交联羧甲基纤维素钠2份和乳化剂4份。本实施例中溶剂为去离子水240份，将主磨料、悬浮剂及助剂倒入溶剂中，研磨搅拌2.5h，使用80~85
°
的水浴加热1h，冷却至室温后加入koh，将溶液的ph值调节至12~14范围内。
30.之后再将混合好的液体导入浆料桶中开始蓝宝石的抛光作业，作业过程中，每间隔15min即加入1ppm 氧化镁辅助磨料辅助提升抛光效率，直至本轮抛光作业完成。本实施例所述的抛光液产品在完成抛光后，衬底表面的粗糙度小于0.5nm，光滑无缺陷，同时通过辅助磨料的化学催化作用，实现了抛光效率的提升和抛光液使用寿命的提升。