2 熱化學拋光（TCP）

       Grodzinski在實驗中發現，把金剛石放(fang)置在(zai)600 ℃至 1 800 ℃的鐵、鎳(nie)等(deng)金(jin)(jin)(jin)屬板上(shang)，金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)的接觸面(mian)會(hui)溶(rong)解到金(jin)(jin)(jin)屬中(zhong)(zhong)(zhong)，使(shi)金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)表面(mian)變(bian)得平整，從而提(ti)出了(le)熱(re)金(jin)(jin)(jin)屬板輔助拋(pao)光(guang)金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)的方法。Weima在(zai)用熱(re)化(hua)學(xue)法拋(pao)光(guang) CVD 多晶金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)薄膜(mo)過程中(zhong)(zhong)(zhong)發(fa)現了(le) 1 353 cm-1的納米(mi)晶石(shi)(shi)墨、1 453 cm-1的非(fei)晶態碳(tan)和(he) 1 580 cm-1的微晶石(shi)(shi)墨等(deng)非(fei)金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)相。經過多次(ci)實驗認為：TCP 的機(ji)制(zhi)是金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)與金(jin)(jin)(jin)屬板（如鐵、錳、鈰及(ji)其合金(jin)(jin)(jin)）接觸發(fa)生了(le)熱(re)化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)，高溫將金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)轉(zhuan)化(hua)為非(fei)金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)碳(tan)，隨后碳(tan)溶(rong)解到金(jin)(jin)(jin)屬板中(zhong)(zhong)(zhong)。溫度(du)(du)是決定哪種(zhong)機(ji)制(zhi)起主導(dao)作(zuo)用的關鍵(jian)因素(su)，高溫下(xia)，金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)轉(zhuan)化(hua)為非(fei)金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)碳(tan)是主要(yao)的去除(chu)機(ji)制(zhi)，而在(zai)較低(di)溫度(du)(du)下(xia)，擴(kuo)散速率(lv)比相變(bian)快得多。設(she)備(bei)示意(yi)圖及(ji)拋(pao)光(guang)前后表面(mian)光(guang)學(xue)圖像如圖4所(suo)示。

       2.1 TCP的優點

       因TCP是通(tong)過(guo)在高溫(wen)下催(cui)化(hua)金屬(shu)與(yu)金剛石(shi)(shi)產生化(hua)學發(fa)應(ying)來實現(xian)(xian)材料的去(qu)除(chu)，對(dui)樣(yang)品(pin)幾(ji)乎無(wu)壓力，無(wu)高轉速(su)下對(dui)金剛石(shi)(shi)表面(mian)造成(cheng)損(sun)傷，因此能(neng)獲(huo)得低損(sun)傷、平(ping)整(zheng)的表面(mian)。Sun[16]用固體(ti)和(he)熔融(rong)稀土 Ce 處理金剛石(shi)(shi)膜(mo)，發(fa)現(xian)(xian)當溫(wen)度大于 800 °C 時(shi)，金剛石(shi)(shi)去(qu)除(chu)率(lv)(lv)高達(da)數(shu)百微米(mi)，可在幾(ji)分(fen)鐘內(nei)獲(huo)得平(ping)整(zheng)的表面(mian)，實現(xian)(xian)了(le) CVD 金剛石(shi)(shi)膜(mo)的有效粗(cu)拋(pao)光和(he)減薄。Nagai通(tong)過(guo)把Ni鍍(du)在SCD基(ji)底(di)上，然后(hou)將樣(yang)品(pin)在水蒸氣中“濕式退火(huo)”（如圖 5 所(suo)示），發(fa)現(xian)(xian)鎳膜(mo)下的金剛石(shi)(shi)被選擇性蝕(shi)刻，其他位置(zhi)沒(mei)有蝕(shi)刻，在 1 000 ℃條件下實現(xian)(xian)了(le)約8.7 μm/min的金剛石(shi)(shi)蝕(shi)刻速(su)率(lv)(lv)。

       在此(ci)基礎上，Sakauchi提出(chu)了(le)(le)(le)將碳固溶體(ti)轉變(bian)成鎳來平(ping)滑SCD表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)方(fang)法，通過多次實(shi)(shi)驗，確定了(le)(le)(le)兩(liang)(liang)步(bu)退(tui)火(huo)處(chu)理實(shi)(shi)現(xian)(xian)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)平(ping)整化(hua)的(de)工藝。先在1 150 °C下(xia)退(tui)火(huo)4 h，利(li)用(yong)高蝕刻速(su)率去除損傷(shang)層和(he)不規(gui)則性表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)，隨后(hou)在 900 °C下(xia)退(tui)火(huo) 4 h以使金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)變(bian)平(ping)。此(ci)外(wai)，在分別對機(ji)械(xie)拋光和(he)兩(liang)(liang)步(bu)退(tui)火(huo)處(chu)理后(hou)的(de)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)用(yong)氫等離子刻蝕后(hou)，發現(xian)(xian)機(ji)械(xie)拋光的(de)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)出(chu)現(xian)(xian)了(le)(le)(le)特(te)征性的(de)線性缺陷，而在兩(liang)(liang)步(bu)退(tui)火(huo)樣品上沒(mei)有觀察到，這表(biao)明(ming)所(suo)提出(chu)的(de)方(fang)法有效(xiao)地(di)去除了(le)(le)(le)襯(chen)底內部的(de)缺陷，如亞表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)位錯。Zhang[19]用(yong)鐵水侵(qin)蝕拋光（MIEP）CVD多晶(jing)(jing)(jing)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)，實(shi)(shi)現(xian)(xian)了(le)(le)(le)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)粗糙(cao)度的(de)快速(su)改(gai)善和(he)平(ping)整化(hua)（如圖 6 所(suo)示），處(chu)理前多晶(jing)(jing)(jing)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)片呈現(xian)(xian)不透(tou)明(ming)的(de)黑色薄膜狀，金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)晶(jing)(jing)(jing)粒直徑(jing)在50~300 μm，而經MIEP 10 s后(hou)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)片變(bian)得透(tou)明(ming)，表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)大晶(jing)(jing)(jing)粒消(xiao)失(shi)，變(bian)得平(ping)整，多晶(jing)(jing)(jing)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)晶(jing)(jing)(jing)片的(de)厚度從(cong) 1.05 mm 減小到 0.92 mm，表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)粗糙(cao)度從(cong)30.85 μm降至5.2 μm。

       2.2 TCP的缺點

       TCP 雖能(neng)(neng)實(shi)現快(kuai)速減薄和(he)獲得無損(sun)傷(shang)(shang)、平(ping)整(zheng)(zheng)度較(jiao)高的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)，但難以(yi)實(shi)現大尺寸原(yuan)子級的(de)(de)(de)光滑表(biao)面(mian)。Sakauchi的(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)表(biao)明，經過“碳固溶鎳”工藝處理(li)，雖然能(neng)(neng)得到(dao)平(ping)整(zheng)(zheng)和(he)無損(sun)傷(shang)(shang)的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)，但其大尺寸超光滑的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)難以(yi)實(shi)現，其局部 0.6 nm（測量區域 300nm×300 nm）的(de)(de)(de)粗糙(cao)度遠(yuan)遠(yuan)難以(yi)滿足目(mu)前(qian)大尺寸應用的(de)(de)(de)要求。Zhang的(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)也表(biao)明，MIEP 雖然能(neng)(neng)在(zai)10 s 內將(jiang)粗糙(cao)度迅速降低約(yue) 27 μm，但要想獲得更好的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)質量，還需與MP技術相(xiang)結合，才(cai)能(neng)(neng)使MIEP處理(li)后粗糙(cao)度由5.2 μm的(de)(de)(de)降低至平(ping)均(jun)14 nm。

       與 MP 相(xiang)比，TCP 具有較高的材料去除(chu)率，能顯著降(jiang)低表(biao)(biao)面(mian)損(sun)傷，提高表(biao)(biao)面(mian)平整度。但光(guang)滑表(biao)(biao)面(mian)受(shou)溫度、壓力(li)、真空環(huan)境、晶體(ti)取向和(he)催化(hua)金屬板的影響，難(nan)以(yi)(yi)得到高的表(biao)(biao)面(mian)質(zhi)量，且(qie)由于一般(ban)需(xu)要在真空和(he)高溫下進行，設(she)備復雜、成本高，操作(zuo)難(nan)度大，難(nan)以(yi)(yi)精確控制(zhi)加(jia)熱(re)溫度，使樣品表(biao)(biao)面(mian)均勻受(shou)熱(re)。因此，對熱(re)化(hua)學拋(pao)光(guang)來(lai)說(shuo)，復雜的設(she)備及操作(zuo)環(huan)境導致其用范圍(wei)一般(ban)較為有限。