www.188betkr.com 讯金刚石作为一种宽带隙半导体材料，具有许多优异的物理化学性质：高达5.5eV的超宽禁带宽度，远高于GaN、SiC等宽禁带半导体材料的禁带宽度；低的介电常数和摩擦因数；高的载流子迁移率、电子漂移速度和热导率。这些独特的性质使得金刚石被应用在众多高能量密度领域，未来将拥有极大的发展前景。
金刚石及其他第三代半导体应用前景
目前欧美日等发达国家和地区已经对金刚石半导体相关领域展开深入研究，并取得重要进展，已研制出多种高功率、耐高温和抗辐射的半导体器件，如肖特基二极管、场效应晶体管、深紫外探测器等。但目前金刚石器件的大规模应用还面临着一些挑战，尤其是制备大尺寸、无位错、低电阻率的单晶金刚石衬底。
抛光技术在制备高质量单晶金刚石衬底中发挥重要的作用，其中主要包括两个方面：其一，抛光可以用于制备CVD法同质外延生长单晶金刚石的籽晶，籽晶的表面质量将直接影响单晶金刚石的生长质量；其二，抛光可用于制备高质量单晶金刚石衬底。在生长得到CVD单晶金刚石之后，其表面通常会产生许多缺陷，所以对其进行平坦化抛光是非常必要的。
目前，金刚石的表面抛光技术主要有机械抛光、热化学抛光、激光抛光、等离子体辅助抛光和化学机械抛光等。
金刚石材料及其抛光方法
机械抛光（MP）
机械抛光是利用金刚石与高速旋转的抛光盘（铸铁盘、砂轮盘）相互摩擦产生脆性断裂去除表面材料的抛光工艺，同时，由于高速旋转的抛光盘与金刚石摩擦会产生高温，而高温提供了“硬”的金刚石相向“软”的石墨相转变的驱动力，通过利用微切削与石墨化相结合的原理实现金刚石的抛光。
MP原理示意图
优点：设备原理简单、操作方便、效率高、适合大规模生产等特点，能实现较为光滑和平整的表面，且对于粗、中、精抛光都适用。
缺点：高速摩擦中产生的高温会对抛光盘产生损伤，进而影响抛光的表面质量；还会对金刚石产生亚表面损伤，且受抛光盘平整度与压力的影响，金刚石表面易产生划痕或裂纹，边缘易破裂。
热化学抛光（TCP）
热化学抛光是以碳原子在热金属中的扩散、金刚石转化为石墨和金刚石的氧化为基础的抛光技术。
TCP装置
优点：对样品几乎无压力，无高转速下对金刚石表面造成损伤，因此能获得低损伤、平整的表面。
缺点：由于需要在真空和高温下进行，设备复杂、成本高，操作难度大，难以精确控制加热温度，使样品表面均匀受热。
化学机械抛光（CMP）
化学机械抛光通过在机械抛光过程中加入氧化剂，氧化碳原子提高抛光速率，是一种利用机械与化学氧化协同作用来实现工件表面平坦化的技术。
CMP装置
优点：具有表面平整性好、粗糙度低、损伤小的特点，不仅适用于金刚石，还能处理其他硬质材料。
缺点：加工过程极为耗时，尤其在要求高精度和高质量的表面时，需要多次进行工艺的调整优化；其次高端抛光液目前还难以实现国产化，如何实现抛光液的管理回收也是需要考虑的现实问题。
等离子体刻蚀抛光（PEP）
等离子体刻蚀抛光是利用将气体（如氩气、氧气、氮气等）电离形成等离子体，从而与材料表面相互作用来去除表面微小层次的物质，进而达到抛光的目的。
PEP抛光原理示意图
优点：PEP的非接触式处理方式避免了机械磨损、摩擦引起的表面损伤，能够精确地去除表面微小颗粒，适用于精密的表面抛光，具有高精度、高均匀性及适应多种材料的特点。
缺点：设备复杂，成本较高，工艺控制难度大，难以控制等离子体的均匀性和强度，易造成表面残留物，且受腔体尺寸限制，抛光金刚石的尺寸不能太大。
激光抛光（LP）
激光加工是目前金刚石的主流加工方法，相较于传统的机械加工形式，激光加工精度高、效率高、普适性强，因而在金刚石切割、微孔成型、微槽道加工及平整化等方面均得到广泛应用。激光加工技术属于非接触式加工，能够对曲面进行处理，不仅加工效率高，还能够实现对各种硬质材料的高质量加工。因此，激光抛光可以用于对金刚石薄膜的抛光。通过激光束照射到金刚石厚膜表面，使金刚石膜表面温度升高，进而使被加热的金刚石表面碳原子气化和石墨化，达到去除材料的目的。
LP设备示意图
优点：效率高、不受复杂形面限制、可实现特定区域的抛光和切割等优点。
缺点：激光加工过程中，表面局部区域过热会造成热损伤，且由于受激光能量、角度与样品质量的影响，需要精确控制激光参数才能减少表面的石墨残留。
小结
金刚石抛光技术在现代工业中扮演着至关重要的角色。随着科技的不断进步，抛光技术也在不断演变，从传统的机械抛光到化学机械抛光，再到新兴的等离子体和激光辅助抛光技术，每一次创新都推动着加工精度的提升和效率的提高。随着对材料表面质量的要求越来越高，采用两种或多种技术的混合搭配抛光或许是金刚石抛光技术未来的发展趋势，同时，人工智能和自动化技术的引入，也将为抛光工艺的优化和智能化提供新的可能性。
参考来源：
1.赵智炎等：基于激光复合技术的金刚石抛光研究
2.温海浪等：大尺寸单晶金刚石衬底抛光技术研究现状与展望
3.安康等：金刚石化学机械抛光研究进展
4.刘帅伟等：金刚石半导体衬底研磨抛光技术研究现状及展望
5.叶盛等：激光技术在金刚石加工中的研究及应用进展
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