CN117757434A - 纳米复合颗粒及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及抛光磨粒领域，具体涉及一种纳米复合颗粒及其制备方法和应用。所述纳米复合颗粒包括二氧化硅内核及分散在所述二氧化硅内核表面的凸起结构，所述凸起结构包括无机晶体材料。本发明的纳米复合颗粒具有更大的拖曳面积，作为磨料使用时可提高抛光速率。
Description
技术领域
本发明涉及抛光磨粒领域，具体涉及一种纳米复合颗粒及其制备方法和应用。
背景技术
由于碳化硅材料特有的属性，例如，硬度高(莫氏硬度大约在9.2～9.6)、硬脆性大、化学稳定性好等，极大程度地增大了碳化硅材料的加工难度，具体体现在如何大幅度减小甚至消除碳化硅基片的表面/亚表面损伤、提高抛光速率及降低基片加工成本等，这些技术问题严重制约了碳化硅晶片在半导体器件的应用和发展。在保障抛光表面质量的基础上，提高抛光速率是现阶段亟待解决的问题。
相关技术中比较常见的是对非球形单一材质磨料颗粒的研究，例如通过硅烷偶联剂、聚乙烯吡咯烷酮、金属盐等的添加使得氧化硅颗粒形貌可控(如类球形、蚕茧形、弯曲长链形和花状等)，再如对八面体、立方萤石结构的氧化铈磨粒的研究等。异形单一材质磨料颗粒相较于多见的球形磨粒，抛光速率稍高，但由于材质的单一，其基片表面损伤以及划痕现象仍没有明显的改善。
在复合磨料颗粒的研究方面，大多集中在制备球形或是介孔结构的无机/有机复合材料颗粒，仅有少数关于具有表面凸起结构的研究(如树莓形状、不规则多棱角状等研究)。现有研究通过增大比表面积在减少基片表面划痕和损伤中颇有成效，但由于所采用表面包覆材料的质地较软，限制了其在不同基片上的抛光效果，尤其是在抛光碳化硅基片过程中，材料去除率较为低下，不能从根本上提升磨粒机械性能。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种纳米复合颗粒及其制备方法和应用。该纳米复合颗粒中，不连续的无机晶体材料以凸起结构分散在氧化硅表面，用于CMP(化学机械抛光)浆料时，既能提高抛光速率，又能减少抛光基片表面的划痕。
在本发明的第一个方面，提出一种纳米复合颗粒，包括二氧化硅内核及分散在所述二氧化硅内核表面的凸起结构，所述凸起结构包括无机晶体材料。
本发明的纳米复合颗粒包括内核及分散在内核表面的凸起结构，内核为二氧化硅，在表面分散有凸起颗粒(无机晶体材料)，其区别于均相包覆层，所述无机晶体材料以凸起结构分散在二氧化硅表面，使得本发明的纳米复合颗粒(异形结构)具有更大的拖曳面积，作为磨料使用时可提高抛光速率。另外，本发明的纳米复合颗粒也区别于单一磨料颗粒，复合颗粒由外至内分布有硬度梯度，在进行化学机械抛光时，会明显改善基片表面损伤以及划痕现象。
根据本发明的实施例，所述纳米复合颗粒为类花状结构，所述凸起结构呈类花瓣状分散于所述二氧化硅内核的表面。由此，进一步地增大拖曳面积，提高抛光速率。
根据本发明的实施例，所述无机晶体材料选自氧化铝、氧化锆、碳化硅中的至少一种。由此，使得纳米复合颗粒外硬内软，在外壳颗粒高硬度特征的加持下，很大程度地提高抛光效率，降低抛光表面的微粗糙度，减小损伤层厚度。
根据本发明的实施例，所述二氧化硅内核的Dv50为30nm～80nm，所述纳米复合颗粒的Dv50为40nm～90nm，且所述纳米复合颗粒的Dv50大于所述二氧化硅内核的Dv50。由此，得到粒径宽泛的纳米复合颗粒，以适用于不同的抛光场景。
根据本发明的实施例，所述无机晶体材料为氧化铝，且纳米复合颗粒的Al/Si原子摩尔比为2:(5～30)。由此，所述凸起结构呈花瓣状并均匀分布于所述二氧化硅内核的表面。
在本发明的第二个方面，提出一种制备本发明第一方面所述的纳米复合颗粒的方法，包括：采用非均相沉积法使无机晶体材料分散在二氧化硅的表面并形成凸起结构，以得到所述纳米复合颗粒。
根据本发明的实施例，所述无机晶体材料为氧化铝，且该方法包括以下步骤：
(1)将二氧化硅溶胶溶液、pH为3～5的缓冲液及铝源混合，得到混合液；
(2)将所述混合液进行陈化，形成含沉淀物的固液混合物；
(3)将所述固液混合物中的沉淀物进行分离和干燥；
(4)将步骤(3)所得沉淀物进行煅烧。由此，得到表面分散有晶体氧化铝凸起的二氧化硅复合颗粒。
根据本发明的实施例，步骤(1)满足以下条件中的至少一者：
所述pH为3～5的缓冲液包括甲酸-甲酸铵溶液。由此，保持了溶液的偏弱酸性，避免氧化硅絮凝。
所述混合液中二氧化硅的浓度为0.1mol/L～0.2mol/L。
所述混合液中铝离子的浓度为0.01mol/L～0.6mol/L。
根据本发明的实施例，所述铝源中Al3+和所述二氧化硅的摩尔比为2:(0.5～28)。由此，有利于在二氧化硅上形成均匀分布的凸起结构。
根据本发明的实施例，所述铝源选自硫酸铝、硝酸铝、硅酸铝、硫化铝、铝酸钠、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硝酸铝、异丙醇铝、三乙醇铝、正丙醇铝、仲丁醇铝、叔丁醇铝中的至少一种。
根据本发明的实施例，所述二氧化硅溶胶溶液中的二氧化硅为非球形。由此，形成非球形类花状。
根据本发明的实施例，所述非球形二氧化硅是通过如下方法制得：
将球形二氧化硅溶胶添加到硅烷偶联剂的水解液中进行形貌改性，以得到非球形的二氧化硅溶胶。
根据本发明的实施例，所述球形二氧化硅溶胶的球形二氧化硅溶胶的Dv50为30nm～80nm。
根据本发明的实施例，步骤(2)中，所述陈化的温度为50℃～70℃，陈化时间为1h～5h。由此，在二氧化硅粒子表面沉积上分散的中间物凸起。
根据本发明的实施例，步骤(4)中，所述煅烧的温度为500℃～1000℃，煅烧时间为0.5h～4h。由此，形成类花状形貌。
本发明的第三方面，提出本发明第一方面所述的纳米复合颗粒在化学机械抛光(CMP)中的应用。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是一些实施例的类花状纳米复合颗粒的结构示意图；
图2是实施例1的复合纳米颗粒的SEM图；
图3是实施例1的复合纳米颗粒的EDS图；
图4是实施例2的复合纳米颗粒的SEM图；
图5是实施例2的复合纳米颗粒的EDS图。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的第一个方面，提出一种纳米复合颗粒，包括二氧化硅内核及分散在所述二氧化硅内核表面的凸起结构，所述凸起结构包括无机晶体材料。
本发明的纳米复合颗粒包括内核及分散在内核表面的凸起结构，内核为二氧化硅，在表面分散有凸起颗粒(无机晶体材料)，其区别于均相包覆层，所述无机晶体材料以凸起结构分散在二氧化硅表面，使得本发明的纳米复合颗粒具有更大的拖曳面积，作为磨料使用时可提高抛光速率。另外，本发明的纳米复合颗粒也区别于单一磨料颗粒，复合颗粒由外至内分布有硬度梯度，在进行化学抛光时，会明显改善基片表面损伤以及划痕现象。
在一些实施例中，所述纳米复合颗粒为类花状结构。参见图1，图1为是一些实施例的类花状纳米复合颗粒的结构示意图，内核为二氧化硅，其上分布有多个氧化铝凸起，整体呈类花状的形貌。由此，进一步地增大拖曳面积，提高抛光速率。
在一些实施例中，所述无机晶体材料选自氧化铝、氧化锆、碳化硅中的至少一种。这些无机晶体材料的硬度高于氧化硅内核，由此，形成外硬内软的复合颗粒，在外壳颗粒高硬度的加持下，很大程度地提高抛光效率，降低抛光表面的微粗糙度，同时减小损伤层厚度。
在一些实施例中，所述无机晶体材料为氧化铝。该氧化铝的表面凸起具有较高的表面硬度，氧化硅的显微维氏硬度为100kg/mm2～150kg/mm2，在其上面分布有氧化铝凸起颗粒时，随着氧化铝的晶型及沉积量的不同，能够使得纳米复合磨料颗粒的显微维氏硬度为350kg/mm2～800kg/mm2，相较于主体氧化硅提高3倍～5倍，进一步地提升抛光效率。
在一些实施例中，所述二氧化硅内核为实心球形二氧化硅或实心非球形颗粒。例如，非球形颗粒的二氧化硅内核可以为爆米花状、花生状、链状等异形颗粒，由此，可进一步增加复合颗粒异形度，提高抛光速率。
作为一种示例，图1为本发明的类花状氧化硅基纳米复合颗粒的示意图，在所述混合液中，以球形的氧化硅为内核，该内核表面表面分散有由氧化铝晶体材料形成的凸起结构。
在一些实施例中，所述二氧化硅内核的Dv50为30nm～80nm，所述纳米复合颗粒的Dv50为40nm～90nm，且所述纳米复合颗粒的Dv50大于所述二氧化硅内核的Dv50。由此，有利于在二氧化硅上进行沉积，以形成凸起物。
在一些实施例中，所述无机晶体材料为氧化铝，且纳米复合颗粒的Al/Si原子摩尔比为2:(5～30)，例如，2:5、2:10、2:20、2:25、2:30。以上Al/Si原子摩尔比为根据产物的EDS进行元素分析而确定。
可选地，Al/Si原子摩尔比为2:(8～27)。
本发明的第二方面，提出一种制备本发明第一方面所述的纳米复合颗粒的方法，包括：采用非均相沉积法使无机晶体材料分散在二氧化硅的表面形成凸起结构。由此，区别于均相沉积法在二氧化硅上形成连续包覆层，非均相沉积法使无机晶体材料在二氧化硅的表面呈岛状分布，为凸起结构。
在一些实施例中，所述无机晶体材料为氧化铝，且该方法包括以下步骤:
(1)将二氧化硅溶胶溶液、pH为3～5的缓冲液及铝源混合，得到混合液；
(2)将所述混合液进行陈化，形成含沉淀物的固液混合物；
(3)将所述固液混合物中的沉淀物进行分离和干燥；
(4)将步骤(3)所得沉淀物进行煅烧。
根据本发明实施例的制备方法，以氧化硅作为内核，铝盐为包覆物原料，并添加缓冲溶液，以非均相沉淀法工艺能够成功制备出类花状氧化硅基纳米复合颗粒(如图1和图2所示)。混合液中pH为3～5的缓冲溶液的存在，保持了溶液的偏弱酸性。由于二氧化硅粒子的等电点在pH 2～3之间，二氧化硅粒子在水介质中通常呈负电，且随pH升高，电荷增多，因此在pH为3～5的缓冲溶液中稳定性较高，不易絮凝。而铝盐的水解溶液多为酸性，缓冲溶液的存在维持了母溶液的稳定性，防止铝盐中间物及产物的团聚，以提高二氧化硅粒子表面的有效沉积。进一步地，通过步骤(2)的陈化，在二氧化硅粒子表面沉积上分散的中间物凸起，之后煅烧实现中间物凸起的晶化，得到表面分散有晶体氧化铝凸起的二氧化硅复合颗粒。
步骤(1)中，在一些实施例中，所述二氧化硅溶胶溶液中的二氧化硅为球形或非球形。相应地，能够得到内核为球形的类花状复合颗粒或内核为异形的类花状复合颗粒。
可选地，非球形二氧化硅是通过如下方法制得：
将球形二氧化硅溶胶添加到硅烷偶联剂的水解液中进行形貌改性，以得到非球形的二氧化硅溶胶。
可选地，球形二氧化硅溶胶的Dv50为30nm～80nm。
作为一些示例，所述硅烷偶联剂选自甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丁基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、β-(3，4)环氧环己基乙基三甲氧基硅烷、1,2-双三甲氧基硅基乙烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、N-氨乙基γ-氨丙基三甲氧基硅烷、3-巯丙基三甲氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷、甲基乙烯基二乙氧基硅烷、3-氯丙基三甲氧基硅烷、六甲基二硅氮烷、三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、吡啶硅烷、正丁基三氯硅烷、异丁基三氯硅烷、己基三氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、二苯基二甲氧基硅烷中的至少一种。
作为一些示例，步骤(1)中，所述pH为3～5的缓冲液可以选自甲酸-甲酸铵溶液、甲酸-甲酸钠溶液、乙酸-乙酸铵溶液、乙酸-乙酸钠溶液、乙酸-乙酸锂溶液、乙酸-乙酸钾溶液、磷酸-三乙胺溶液、磷酸-磷酸氢二钠溶液、盐酸-磷酸二氢钾溶液、氢氧化钠-磷酸二氢钾溶液、磷酸氢二钾-磷酸二氢钾溶液、磷酸氢二钠-柠檬酸溶液、柠檬酸-氢氧化钠-盐酸溶液、柠檬酸-柠檬酸钠溶液、甘氨酸-盐酸溶液、邻苯二甲酸-盐酸溶液、邻苯二甲酸氢钾-氢氧化钠溶液等中的任一种。
步骤(1)中，在一些实施例中，所述混合液中二氧化硅的浓度为0.1～0.2mol/L，例如，0.1mol/L、0.14mol/L、0.19mol/L、0.2mol/L等；由此，有利于以二氧化硅为内核形成包覆产物。
步骤(1)中，在一些实施例中，所述混合液中铝离子的浓度为0.01mol/L～0.6mol/L，例如，0.01mol/L、0.05mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L、0.25mol/L、0.5mol/L、0.56mol/L、等。
优选地，所述混合液中铝离子的浓度为0.05mol/L～0.6mol/L。
步骤(1)中，在一些实施例中，所述铝源选自硫酸铝、硝酸铝、硅酸铝、硫化铝、铝酸钠、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硝酸铝、异丙醇铝、三乙醇铝、正丙醇铝、仲丁醇铝、叔丁醇铝中的至少一种。
在纳米复合颗粒的形貌调控上，通过调节氧化硅粒子与铝盐的用量比来控制外壳粒子的表面沉积量，表面沉积量越大，表面凸起越明显。
步骤(1)中，可选地，所述铝源中Al3+和所述二氧化硅的摩尔比为2:(0.5～28)，例如，2:0.5、2:1.9、2:5.6、2:10、2:15、2:28等。由此，有利于在二氧化硅上形成凸起结构，避免包覆程度过小不会形明显的成岛式凸起结构或者包覆程度过大容易导致无定型氢氧化铝由于对氧化硅颗粒表面具有过大的吸引和粘附作用而形成大量的颗粒团聚现象。
优选地，所述铝源中Al3+和所述二氧化硅的摩尔比为2:(0.5～5.6)。
本发明通过改变陈化和煅烧温度等工艺参数来控制氧化铝颗粒在氧化硅表面的沉积量、厚度、形貌、晶型以及分布状态，从而制备出类花状氧化硅基纳米复合颗粒。
步骤(2)中，在一些实施例中，所述陈化的温度为50℃～70℃，例如50℃、60℃、70℃、80℃等，陈化时间为1h～5h，例如1h、2h、5h。由此，在二氧化硅粒子表面沉积上分散的中间物凸起。
步骤(4)中，在一些实施例中，所述煅烧的温度为500℃～1000℃，例如，500℃、650℃、750℃、800℃、1000℃等。
步骤(4)中，优选地，所述煅烧的温度为600℃～1000℃。由此，煅烧得到的复合颗粒的表面既有凸起结构，硬度还高。在煅烧温度低于600℃时，可能存在不晶化的问题。
所述煅烧时间可以为0.5h～4h，例如，0.5h、1h、2h、3h、4h等。
本发明的第三方面，提出本发明第一方面所述的纳米复合颗粒在化学机械抛光中的应用。
在一些实施例中，将所述纳米复合颗粒作为磨料使用，配制成CMP浆料使用，进行CMP工艺实现晶圆平坦化。可选地，晶圆为SiC晶圆。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例及对比例中采用的二氧化硅颗粒为胶态二氧化硅通过滴加原硅酸溶液生长至对应的Dv50，Dv50采用激光粒度仪进行测定。胶态二氧化硅为HS-30，Dv50为12nm。
实施例1
S1、配制pH为4.4的甲酸-甲酸铵缓冲溶液；
将含有0.5g二氧化硅的硅溶胶(Dv50为60nm)、0.72g六水氯化铝在超声下分散于所述甲酸-甲酸铵缓冲溶液中，配制成混合液，在所述混合液中，二氧化硅的浓度为0.14mol/L，铝离子的浓度为0.05mol/L；
S2、将该混合液在60℃下于搅拌下陈化2h，得到具有沉淀物的固液混合物；
S3、将固液混合物冷却至室温后，经离心分离，所得固体产物经洗涤(依次以蒸馏水洗三遍、无水乙醇洗一遍)后，再置于80℃鼓风干燥箱中烘干、研磨；
S4、在600℃煅烧2h，得到类花状纳米氧化硅基复合颗粒。
图2为表示该产物形貌的SEM图。由图2可知，产物的表面分布有多个凸起结构，为类花状结构。
图3为该复合纳米颗粒的EDS图，相应的元素分布情况如表1所示。
实施例2
S1、配制pH为4.4的乙酸-乙酸铵缓冲溶液；
将含有0.5g二氧化硅的硅溶胶(Dv50为40nm)、1.52g硫酸铝在超声下分散于该乙酸-乙酸铵缓冲溶液中，配制成混合液，在所述混合液中，二氧化硅的浓度为0.19mol/L，铝离子的浓度为0.2mol/L；
S2、将该混合溶液在60℃下搅拌陈化2h，得到具有沉淀物的固液混合物；
S3、将固液混合物冷却至室温后，经离心分离，所得固体产物经洗涤(依次以蒸馏水洗三遍、无水乙醇洗一遍)后，再置于80℃鼓风干燥箱中烘干、研磨；
S4、在650℃煅烧2h，得到类花状纳米氧化硅基复合颗粒。
图4为表示该产物形貌的SEM图。由图4可知，产物的表面分布有多个凸起结构，为类花状结构。
图5为该复合纳米颗粒的EDS图，相应的元素分布情况如表1所示。
实施例3-5
按照实施例1的方法制备类花状纳米氧化硅基复合颗粒，不同的是，调整煅烧温度分别为500℃、800℃、1000℃。
实施例6-7
按照实施例1的方法制备类花状纳米氧化硅基复合颗粒，不同的是，分别调整六水氯化铝的用量使得步骤(1)中混合液的铝离子的浓度为0.56mol/L、0.01mol/L。
实施例8
其他操作同实施例1，不同之处在于二氧化硅溶胶经以下处理：
在100g浓度为5wt％二氧化硅溶胶(Dv50为60nm)滴加到20mL的乙烯基三甲氧基硅烷水解液(由乙烯基三甲氧基硅烷和去离子水按照摩尔比为1:500配制而成)，持续搅拌，恒温70℃反应2h，之后密封冷却24h，得到非球形的二氧化硅颗粒的硅溶胶。
对比例1
其他操作条件与实施例1相同，不同之处在于，S1中不添加铝盐。
以上实施例及对比例的主要制备条件如表3所示。
测试例
分别将实施例及对比例的颗粒配制成CMP浆料，以SiC晶片为衬底进行标准化抛光测试，测定材料去除率指数(MRR)并在标准化抛光测试。
配制成的CMP浆料组分为：97.5wt％去离子水、2wt％实施例的纳米复合颗粒，0.3wt％高锰酸钾氧化剂、0.2wt％硅铝酸盐分散剂，用硝酸调节pH到4～5。
抛光测试结果如表4所示。
表1
| 元素 | (keV) | 质量百分比/％ | 原子摩尔百分比/％ |
| O K | 0.525 | 58.87 | 71.47 |
| Al K | 1.486 | 2.78 | 2 |
| Si K | 1.739 | 38.35 | 26.52 |
| Total | 100 | 100 |
表2
| 元素 | (keV) | 质量百分比/％ | 原子摩尔百分比/％ |
| O K | 0.525 | 61.11 | 73.25 |
| Al K | 1.486 | 6.93 | 4.92 |
| Si K | 1.739 | 31.96 | 21.82 |
| Total | 100 | 100 |
结合表1和图2可知，实施例1制备的复合纳米颗粒的元素分析情况如下：从EDS图和表1中可以得出复合颗粒实际铝和硅元素的质量比为2.78:38.35，铝和硅原子的摩尔比为2:26.52。结合表2和图5可知，实施例2制备的复合纳米颗粒的元素分析情况如下：从EDS图和表1中可以得出复合颗粒实际铝和硅元素的质量比为6.93:31.96，铝和硅原子的摩尔比为4.92:21.82。表1和表2之间的铝和硅元素差异是由铝盐的添加量不同导致的。
表3
表4
从表3和表4可以看出，实施例1-8的MRR均高于对比例1的，实施例1-8的氧化硅颗粒表面均分布有氧化铝凸起，呈类花状；对比例1为表面光滑的球状，为纯氧化硅。
实施例3～5与实施例1相比，说明煅烧条件的不同几乎不影响复合颗粒的粒径，而影响凸起物的结构，实施例3的MRR显著的低于实施例1、实施例4及实施例5的，可能原因在于，500℃、2h的煅烧使得凸起物未完全晶化。而实施例1、实施例4及实施例5的MRR也存在差异，可能在于，不同的煅烧条件，形成的凸起物的晶型不同。
实施例6～7与实施例1相比，说明调节铝盐与氧化硅的相对用量比可以来控复合颗粒的粒径，具体地，随铝盐的增多，复合颗粒的粒径有不断增大的趋势。实施例7相比其他的实施例MRR显著的降低，可能在于，铝盐的量过少，在氧化硅上形成的凸起结构过少，形成了铝硅酸盐复合物。
实施例8得到的复合颗粒的MRR最高，这来源于两个方面，一方面，整体呈非球形，这是由于采用的硅溶胶为经形貌改性后的，改性过程中乙烯基三甲氧基硅烷水解生成羟基，在加热状态下与二氧化硅表面羟基脱水缩合，形成Si-O-Si键，改性压缩双电层使ζ电位变小，使氧化硅晶种粘连后再生长，最终合成非球形颗粒且该非球形颗粒的表面为介孔结构，可以更容易使氧化铝沉积在氧化硅表面；非球形颗粒相较于球形具有更大的拖曳面积；另一方面，在颗粒表面有氧化铝凸起物，进一步地增大了拖曳面积，因此提高MRR最高。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (12)
1.一种纳米复合颗粒，其特征在于，包括二氧化硅内核及分散在所述二氧化硅内核表面的凸起结构，所述凸起结构包括无机晶体材料。
2.根据权利要求1所述的纳米复合颗粒，其特征在于，所述纳米复合颗粒为类花状结构，所述凸起结构呈类花瓣状分散于所述二氧化硅内核的表面。
3.根据权利要求1所述的纳米复合颗粒，其特征在于，所述无机晶体材料选自氧化铝、氧化锆、碳化硅中的至少一种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的纳米复合颗粒，其特征在于，所述二氧化硅内核的Dv50为30nm～80nm，所述纳米复合颗粒的Dv50为40nm～90nm，且所述纳米复合颗粒的Dv50大于所述二氧化硅内核的Dv50。
5.根据权利要求1-3任一项所述的纳米复合颗粒，其特征在于，所述无机晶体材料为氧化铝，且纳米复合颗粒的Al/Si原子摩尔比为2:(5～30)。
6.一种制备权利要求1-5任一项所述的纳米复合颗粒的方法，其特征在于，包括：采用非均相沉积法使无机晶体材料分散在二氧化硅的表面并形成凸起结构，以得到所述纳米复合颗粒。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述无机晶体材料为氧化铝，且该方法包括以下步骤：
(1)将二氧化硅溶胶溶液、pH为3～5的缓冲液及铝源混合，得到混合液；
(2)将所述混合液进行陈化，形成含沉淀物的固液混合物；
(3)将所述固液混合物中的沉淀物进行分离和干燥；
(4)将步骤(3)所得沉淀物进行煅烧。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(1)满足以下条件中的至少一者：
所述pH为3～5的缓冲液包括甲酸-甲酸铵溶液；
所述混合液中二氧化硅的浓度为0.1mol/L～0.2mol/L；
所述混合液中铝离子的浓度为0.01mol/L～0.6mol/L；
所述铝源中Al3+和所述二氧化硅的摩尔比为2:(0.5～28)；
所述铝源选自硫酸铝、硝酸铝、硅酸铝、硫化铝、铝酸钠、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硝酸铝、异丙醇铝、三乙醇铝、正丙醇铝、仲丁醇铝、叔丁醇铝中的至少一种。
9.根据权利要求6-8任一项所述的方法，其特征在于，所述二氧化硅溶胶溶液中的二氧化硅为非球形，所述非球形二氧化硅通过如下方法制得：
将球形二氧化硅溶胶添加到硅烷偶联剂的水解液中进行形貌改性，以得到非球形的二氧化硅溶胶；
所述球形二氧化硅溶胶的Dv50为30nm～80nm。
10.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述陈化的温度为50℃～70℃，陈化时间为1h～5h。
11.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，步骤(4)中所述煅烧的温度为500℃～1000℃，煅烧时间为0.5h～4h。
12.权利要求1-5任一项所述的纳米复合颗粒在化学机械抛光中的应用。
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