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。金剛石襯底的拋光不僅關乎其表面質量，還直接影響到后續外延層的結晶質量，進而影響整個器件的性能。本文將探討金剛石襯底拋光中的“煩惱”，并介紹當前研究中的一些解決方案。

       01金剛石襯底：拋光技術“上大分”

       在半導體產業中，高質量的金剛石襯底是制備高性能器件的前提。拋光技術在這一過程中發揮著至關重要的作用。一方面，拋光可用于制備CVD法同質外延生長單晶金剛石的籽晶，籽晶的表面質量直接影響單晶金剛石的生長質量；另一方面，拋光后的高質量單晶金剛石襯底，要求保持面型和納米級的粗糙度，同時避免表面及亞表面損傷，以確保外延層能夠均勻、高質量地生長。然而，金剛石的高硬度和硬脆特性使得其拋光過程異常復雜。傳統的拋光方法往往難以實現對金剛石表面的原子級粗糙度控制，限制了金剛石在高端領域的應用。因此，如何高效地拋光金剛石襯底，成為科研人員亟待解決的問題。

       02金剛石拋光的“煩惱”

       金剛石的極高硬度和化學穩定性，使得其拋光過程充滿了挑戰。金剛石表面的微小不平整和雜質會嚴重影響其光學和電子性能，而傳統的拋光方法往往難以達到理想的拋光效果。化學機械拋光（CMP）作為一種高精度、低損傷的拋光技術，雖然適合金剛石的精拋光，但金剛石極佳的化學穩定性卻大大降低了拋光效率。

       具體來說，金剛石拋光面臨以下幾個主要問題：

       難以實現原子級粗糙度控制：金剛石的硬度極高，傳統的拋光方法難以實現對金剛石表面的原子級粗糙度控制，導致拋光后的表面質量不穩定。

       拋光效率低：金剛石極佳的化學穩定性使得拋光過程中的化學反應難以進行，從而降低了拋光效率。

       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

       為了克服金剛石拋光的這些“煩惱”，科研人員不斷探索新的拋光方法和工藝。例如，一些研究人員采用芬頓試劑對金剛石進行拋光，但這種方法存在氧化速度過快、反應難以長時間維持等問題。針對這些問題，研究人員開發了一種新的拋光方法，通過使用微溶于水的鐵鹽來實現鐵源的供給，從而在雙氧水的存在下實現羥基自由基的穩定供應，有效去除金剛石表面的雜質，并實現對金剛石表面的原子級粗糙度控制。此外，隨著科技的進步和工藝的創新，金剛石拋光技術正朝著更高效、更環保、更精準的方向發展。例如，溶膠-凝膠（SG）拋光工具在極硬半導體拋光領域展現出優異的性能，通過其柔性拋光的特點，實現了對大尺寸單晶金剛石襯底的超精密拋光。雖然這種方法在拋光效率上仍有待提升，但其為金剛石拋光提供了新的思路和技術路徑。

       參考文章：國家知識產權局官網 溫海浪等：大尺寸單晶金剛石襯底拋光技術研究現狀與展望