科學(xué)家研制出極低缺陷亞埃級粗糙度石英超光滑表面

中科院大連化學(xué)物理研究所化學(xué)激光研究中心研究員李剛、研究員金玉奇團(tuán)隊(duì)與生物能源化學(xué)品研究組合作，以自主合成的新型超細(xì)納米氧化鈰(CeO2)為拋光漿料，利用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)技術(shù)，加工出極低缺陷亞埃級(<0.1 nm)表面粗糙度的超光滑石英光學(xué)表面，并深入研究了加工過程中CeO2納米顆粒與石英表面的物理及化學(xué)變化過程，進(jìn)一步提升了對CMP拋光機(jī)制的理論認(rèn)知。

石英玻璃因其優(yōu)異的物理化學(xué)性能，是高能激光、激光陀螺、空間激光通信、短波光學(xué)等領(lǐng)域的優(yōu)異基底材料，其加工后的表面質(zhì)量(表面粗糙度及表面缺陷數(shù)量等)是制約此類高精密光學(xué)系統(tǒng)性能的“卡脖子”技術(shù)難題，極低缺陷亞埃級石英超光滑表面的高效加工具有挑戰(zhàn)。當(dāng)前，受限于對CMP拋光機(jī)制的認(rèn)識不夠深入、高端CeO2拋光漿料被美日等國寡頭企業(yè)所壟斷并對我國嚴(yán)格禁運(yùn)，致使我國的CMP拋光工藝與國外尚存在較大差距。

研究人員首先制備了一類尺寸小、粒度分布窄的超細(xì)納米CeO2拋光漿料，其平均一次粒徑小于4 nm，然后通過CMP技術(shù)參數(shù)的調(diào)控和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了表面粗糙度(RMS)小于0.1 nm的極低缺陷石英光學(xué)表面的加工。對比研究發(fā)現(xiàn)：石英元件表面粗糙度主要受CeO2一次粒徑尺寸和粒度分布影響，一次粒徑尺寸越小，粒度分布越窄，越有利于超光滑表面的形成。這從“CeO2團(tuán)聚強(qiáng)度”這一全新的角度，闡釋了CeO2團(tuán)聚強(qiáng)度是影響石英元件表面亞微米尺寸缺陷形成的關(guān)鍵因素。此外，通過對石英元件拋光去除速率以及表面接觸角的分析，研究人員提出CeO2漿料中Ce3+促進(jìn)了石英表面羥基的形成，進(jìn)而提升了拋光去除速率的化學(xué)去除模型。

該研究工作對推動我國高端CeO2拋光漿料制備技術(shù)發(fā)展和提升我國超精密光學(xué)元件制造水平具有重要意義。

(來源：中國科學(xué)報(bào))