赵之琳，李薇薇，钱佳，孙运乾

（河北工业大学电子信息工程学院，天津 300401）

蓝宝石，又称白宝石、刚玉，成分为氧化铝(Al2O3)。具有高硬度、高热稳定性以及出色的化学和光学性能，被广泛应用于光学、电子、温度感应等领域[1-3]。作为目前国际上公认的制造GaN基发光二极管器件的主要衬底材料，蓝宝石表面存在的任何微缺陷都可能影响GaN外延层的生长性能[4]。而且随着光电技术的快速发展，对蓝宝石衬底表面性能的要求不断提高，衬底平坦化效率的提高和材料去除机制的探究显得愈发重要。但由于蓝宝石晶片固有的高硬度和脆性，很难达到理想的抛光效果[5-6]。

化学机械抛光(chemical mechanical polishing, CMP)是结合化学反应和机械力使表面平坦化的过程，是实现高去除速率和平滑表面最有效的方法之一[7-9]。在蓝宝石CMP工艺中，磨料的类型[10]、粒径[11-12]等都对材料去除速率(material removal rate, MRR)和抛光后的表面粗糙度有着重要影响。Zhang等人[13]的研究表明，采用纳米SiO2磨料抛光液抛光后的蓝宝石表面品质更好，并且MRR较高。目前许多研究[14-16]表明，在采用SiO2磨料抛光液对蓝宝石进行平坦化处理时，纳米磨料不仅起到机械作用，还与蓝宝石表面发生了固相反应。然而，由于蓝宝石表面在CMP过程中发生了复杂的多相反应，这种理论模型很难通过直接的检测和表征手段得到验证。

本文通过对采用不同粒径纳米SiO2磨料抛光蓝宝石后的表面残留分析，验证了磨料与蓝宝石间的固相反应，同时基于第一原理密度泛函(DFT)理论，计算了硅酸分子的量子化学参数，预测了发生该固相反应时纳米SiO2磨料的反应部位，探讨了不同粒径纳米SiO2磨料对蓝宝石CMP材料去除的影响机制。……