近年來，隨著電動汽車和5G通信等新興產業的迅猛發展，第三代半導體材料如碳化硅和氮化鎵受到了廣泛關注。然而，在這些材料中，金剛石以其獨特的物理和化學特性，被視為下一代功率器件最有希望的候選材料。金剛石不僅具有極高的禁帶寬度（5.5eV）、熱導率（2000 W/m?K）和擊穿場強（>10 MV/cm），還具備穩定的化學特性和極強的抗輻照性能，使得它在高能量密度領域具有廣泛的應用前景。然而，盡管金剛石的性能卓越，其襯底的拋光技術卻面臨諸多挑戰，成為制約其工業化應用的重要瓶頸。金剛石襯底的(de)拋(pao)光不僅關乎其表(biao)面質量(liang)，還直接影響(xiang)到(dao)后續外延層(ceng)的(de)結晶質量(liang)，進而(er)影響(xiang)整個器件的(de)性能。本文將探討金剛石襯(chen)底拋(pao)光中(zhong)(zhong)的(de)“煩惱”，并介紹當前(qian)研究中(zhong)(zhong)的(de)一些解決方案。

       01金剛石襯底：拋光技術“上大分”

       在(zai)半導體產業中，高(gao)(gao)質(zhi)(zhi)量的(de)(de)金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)(shi)襯(chen)底是制備高(gao)(gao)性能器件的(de)(de)前(qian)提。拋(pao)(pao)光(guang)技術(shu)在(zai)這一(yi)過程中發揮著至(zhi)關重(zhong)要的(de)(de)作用。一(yi)方(fang)面，拋(pao)(pao)光(guang)可用于制備CVD法同(tong)質(zhi)(zhi)外(wai)延(yan)生(sheng)長單晶(jing)(jing)(jing)金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)(shi)的(de)(de)籽晶(jing)(jing)(jing)，籽晶(jing)(jing)(jing)的(de)(de)表(biao)面質(zhi)(zhi)量直(zhi)接影響單晶(jing)(jing)(jing)金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)(shi)的(de)(de)生(sheng)長質(zhi)(zhi)量；另一(yi)方(fang)面，拋(pao)(pao)光(guang)后的(de)(de)高(gao)(gao)質(zhi)(zhi)量單晶(jing)(jing)(jing)金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)(shi)襯(chen)底，要求保持面型和納米級的(de)(de)粗糙度，同(tong)時避免(mian)表(biao)面及亞表(biao)面損(sun)傷，以確(que)保外(wai)延(yan)層能夠均(jun)勻、高(gao)(gao)質(zhi)(zhi)量地生(sheng)長。然而，金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)(shi)的(de)(de)高(gao)(gao)硬度和硬脆特性使得其拋(pao)(pao)光(guang)過程異常復雜(za)。傳統的(de)(de)拋(pao)(pao)光(guang)方(fang)法往(wang)往(wang)難以實(shi)現對(dui)金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)(shi)表(biao)面的(de)(de)原子(zi)級粗糙度控(kong)制，限制了金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)(shi)在(zai)高(gao)(gao)端領域的(de)(de)應(ying)用。因此，如(ru)何高(gao)(gao)效(xiao)地拋(pao)(pao)光(guang)金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)(shi)襯(chen)底，成為科研人員亟待解決的(de)(de)問題。

       02金剛石拋光的“煩惱”

       金(jin)剛石(shi)的(de)(de)極(ji)高(gao)硬度和化學(xue)(xue)穩定性(xing)，使得其拋(pao)光(guang)(guang)過程充滿了(le)挑戰。金(jin)剛石(shi)表面的(de)(de)微小不平整(zheng)和雜質會嚴重影響其光(guang)(guang)學(xue)(xue)和電子性(xing)能，而(er)傳統的(de)(de)拋(pao)光(guang)(guang)方法往往難以(yi)達到(dao)理想的(de)(de)拋(pao)光(guang)(guang)效(xiao)果。化學(xue)(xue)機(ji)械拋(pao)光(guang)(guang)（CMP）作為一種高(gao)精度、低損傷的(de)(de)拋(pao)光(guang)(guang)技術，雖然適(shi)合(he)金(jin)剛石(shi)的(de)(de)精拋(pao)光(guang)(guang)，但金(jin)剛石(shi)極(ji)佳的(de)(de)化學(xue)(xue)穩定性(xing)卻大大降低了(le)拋(pao)光(guang)(guang)效(xiao)率。

       具體來說，金(jin)剛石拋光(guang)面臨以下幾個主(zhu)要(yao)問(wen)題(ti)：

       難以實(shi)現原子級(ji)粗糙度(du)控制：金剛石的(de)硬度(du)極高，傳統(tong)的(de)拋(pao)光方法難以實(shi)現對金剛石表(biao)面(mian)的(de)原子級(ji)粗糙度(du)控制，導致拋(pao)光后的(de)表(biao)面(mian)質量不穩定。

       拋(pao)光效率低：金剛(gang)石極佳的(de)化學穩定性使得(de)拋(pao)光過程中的(de)化學反應難以進行(xing)，從而降低了拋(pao)光效率。

       表面及亞表面損傷：在拋光過程中，機械磨削作用容易導致金剛(gang)石表面及亞表面產生損傷，影響器件的性能。

       03解決方案與創新

       為(wei)(wei)了(le)克(ke)服金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)拋(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)的這些(xie)“煩惱”，科(ke)研(yan)(yan)人(ren)員(yuan)不斷探索新的拋(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)方法和(he)(he)工藝(yi)。例如(ru)(ru)，一些(xie)研(yan)(yan)究人(ren)員(yuan)采用芬頓試(shi)劑(ji)對金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)進(jin)行(xing)拋(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)，但這種方法存在(zai)氧(yang)化速度過快、反應難(nan)以長(chang)時間(jian)維持等問題(ti)。針對這些(xie)問題(ti)，研(yan)(yan)究人(ren)員(yuan)開發(fa)了(le)一種新的拋(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)方法，通過使用微溶(rong)于水的鐵(tie)鹽來實(shi)現鐵(tie)源(yuan)的供給，從(cong)而在(zai)雙氧(yang)水的存在(zai)下(xia)實(shi)現羥基(ji)自由基(ji)的穩定供應，有(you)效(xiao)(xiao)去除金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)表面的雜質，并實(shi)現對金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)表面的原(yuan)子級粗糙度控制。此外，隨(sui)著(zhu)科(ke)技的進(jin)步和(he)(he)工藝(yi)的創新，金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)拋(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)技術正朝著(zhu)更高效(xiao)(xiao)、更環保、更精準的方向發(fa)展(zhan)。例如(ru)(ru)，溶(rong)膠-凝(ning)膠（SG）拋(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)工具在(zai)極(ji)硬半導(dao)體拋(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)領域展(zhan)現出優異的性能，通過其柔(rou)性拋(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)的特點，實(shi)現了(le)對大尺寸單晶金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)襯底(di)的超精密拋(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)。雖然這種方法在(zai)拋(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)效(xiao)(xiao)率上(shang)仍有(you)待提升(sheng)，但其為(wei)(wei)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)拋(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)提供了(le)新的思路(lu)和(he)(he)技術路(lu)徑。

       參考文章：國家知識產(chan)權局官網 溫海(hai)浪等：大(da)尺寸單晶金剛石(shi)襯底(di)拋光技術研(yan)究現狀(zhuang)與展望