基于金属电化学腐蚀的单晶SiC表面腐蚀和磨损性能研究

摘要

针对化学机械抛光中抛光液的环境污染，提出一种基于金属电化学腐蚀的单晶SiC化学机械抛光方法 .通过腐蚀实验和摩擦磨损实验，研究了电化学腐蚀单晶SiC的Si面腐蚀性能和磨损性能.通过对比Al、Cu、Fe金属在Na₂SO₄电解质溶液中对Si面的腐蚀性能，发现Al在Si面产生明显的腐蚀层，EDS和XPS检测证实该腐蚀产物为SiO₂.采用摩擦磨损实验研究溶液组分对SiC的Si面磨损影响规律.结果表明，提高Na₂SO₄电解质溶液浓度能获得更大的磨损量，当Na₂SO₄电解质溶液浓度为1.00 mol/L时，得到最大为7.19μm²的磨损量；在酸性的金属电化学腐蚀溶液中，Si面具有更好的材料去除性能，在pH=3时磨损量达到11.97μm².单晶SiC的金属电化学腐蚀材料去除机制为阴极的Al金属发生电偶腐蚀反应产生腐蚀电流，促使阳极SiC表面氧化生成SiO₂氧化层，进而去除材料.

关键词

化学机械抛光 / 单晶SiC / 金属电化学腐蚀 / 腐蚀性能 / 磨损性能

基金资助

国家自然科学基金资助项目（52175385）; 广东省自然科学基金资助项目（2023A1515010923）; 攀登计划广东大学生科技创新战略专项（pdjh2023a0157）