目前，基于硅晶片的集成電路制造在現代半導體工業中占有相當大的比重。高度密集的電路和器件要求硅晶片達到原子尺度的平整且沒有任何缺陷。二氧化鈰（CeO2）納米顆粒則是化學機械碾磨法工藝的主要打磨材料之一。然而，目前所能合成出來的二氧化鈰納米顆粒均是有棱有角的不規則晶體顆粒，這些棱角限制了硅晶片打磨表面的平整度并帶來劃痕和缺陷，為進一步提高集成電路上的器件密度及電路質量帶來了困難。因此，球狀的納米顆粒是最為理想的精細硅晶片打磨材料。

湖南大學物電學院制備的納米球形二氧化鈰材料

納米球形二氧化鈰擁有較強的氧化性和化學活性，可與單晶硅、多晶硅等拋光件發生表面氧化反應，從而獲得極高的拋光去除去率，并且納米球形二氧化鈰由于沒有明顯的棱角不會劃傷拋光件的表面，更容易獲得高平整度的表面。

圖一、 納米球形二氧化鈰SEM

圖二、 納米球形二氧化鈰TEM

圖三、 納米球形二氧化鈰高分辨率TEM

由以上三張電鏡照片可以看到，納米球形二氧化鈰顆粒的粒度分布窄，粒徑可控，分散性好，90%以上的微粒為尺寸均勻、形貌規則的球體。

二氧化鈰和二氧化硅對于硅片的拋光對比實驗

目前國內對于單晶硅的拋光，以及藍寶石的精拋，大多是采用二氧化硅溶膠，國內生產的二氧化硅溶膠普遍存在粒徑分布范圍大，顆粒形貌差，拋光效率低，精密拋光后產品表面質量差等缺點。因此，大部分硅片生產廠家是采用國外進口的二氧化硅溶膠來對硅片進行精密拋光的。

圖四、納米球形氧化鈰拋光后硅片表面SEM

圖五、納米球形氧化鈰拋光后硅片表面粗糙度（原子力顯微鏡）

納米球形二氧化鈰拋光液具有拋光效率高、產品表面質量好、劃傷劃痕少、產品良率高、易于清洗等優點。采用普通二氧化硅溶膠拋光液需要進行粗、中和精三步拋光才可達到表面質量的要求。湖南大學物電學院研發的納米球形二氧化鈰拋光液的濃度為3-5%，通過兩步拋光就可以實現拋光件表面粗糙度Ra低于0.5nm。

表1：測試條件

表2：二氧化鈰與二氧化硅拋光液測試對比:

納米二氧化鈰拋光液的應用前景

首先半導體芯片制程中的氧化硅絕緣層、集成電路STI（淺溝隔離），嵌入金屬布線，這些器件的拋光是二氧化硅拋光液無法做到的，只能采用納米球形二氧化鈰拋光液。其次納米球形二氧化鈰拋光液應用于光學鏡頭及其他光學元件的拋光也有著很大的優勢。

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