近日，天岳先進(jìn)申請一項名為“一種金剛石用拋光液及金剛石襯底的拋光方法“，該專利是一種金剛石用拋光液及金剛石襯底的拋光方法，屬于金剛石拋光技術(shù)領(lǐng)域。

       該申請的拋光液主要是由金剛石微粉、三價鐵鹽、雙氧水和水組成。拋光液中金剛石襯底所受壓強(qiáng)較大，其是與拋光液中產(chǎn)生的羥基自由基的速度相匹配的，該壓強(qiáng)和轉(zhuǎn)速及流量與拋光液成分及補(bǔ)加的雙氧水的量相互協(xié)同，從而實現(xiàn)對金剛石襯底的高效、穩(wěn)定拋光，并提高批量化拋光的金剛石襯底的表面一致性，有利于金剛石襯底的工業(yè)化生產(chǎn)。

       金剛石襯底：拋光技術(shù)“上大分”

       近年來，在電動汽車和5G通信等新興產(chǎn)業(yè)的推動下，以碳化硅和氮化鎵為主的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)受到廣泛關(guān)注，迎來飛速發(fā)展時期。而金剛石是下一代功率器件最有希望的候選材料，其禁帶寬度（5.5eV），熱導(dǎo)率（2000 W/m·K）和擊穿場強(qiáng)（>10 MV/cm）比碳化硅更高，并且具有穩(wěn)定的化學(xué)特性和極強(qiáng)的抗輻照性能。
       金剛石現(xiàn)已被應(yīng)用在眾多高能量密度領(lǐng)域，未來將擁有極大的發(fā)展前景。目前歐美日等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)已經(jīng)對金剛石半導(dǎo)體相關(guān)領(lǐng)域展開深入研究，并取得重要進(jìn)展，已研制出多種高功率、耐高溫和抗輻射的半導(dǎo)體器件，如肖特基二極管、場效應(yīng)晶體管、深紫外探測器等。

       而制備高質(zhì)量單晶金剛石襯底是金剛石在半導(dǎo)體領(lǐng)域得以應(yīng)用的前提，拋光技術(shù)將會在這一過程中發(fā)揮重要的作用，其中主要包括兩個方面：其一，拋光可以用于制備CVD法同質(zhì)外延生長單晶金剛石的籽晶，籽晶的表面質(zhì)量將直接影響單晶金剛石的生長質(zhì)量；其二，拋光可用于制備高質(zhì)量單晶金剛石襯底，應(yīng)用于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的襯底，不僅要求保持面型和納米級的粗糙度，還要避免表面及亞表面損傷。因為器件層通過化學(xué)氣相沉積生長，金剛石襯底的質(zhì)量將直接影響外延層結(jié)晶質(zhì)量。目前在生長得到CVD單晶金剛石之后，其表面通常會產(chǎn)生許多缺陷，如小丘、臺階等，所以對其進(jìn)行平坦化拋光是非常必要的。
       由此可見，拋光技術(shù)在制備金剛石襯底中的重要性，尤其是大尺寸高質(zhì)量的金剛石襯底。此外，相比其他應(yīng)用，金剛石襯底應(yīng)用要求表面及亞表面損傷更少，這對拋光提出了更高的要求。可這對“剛硬”的金剛石而言，不是一件容易的事情。

       金剛石拋光的“煩惱”

       金剛石作為一種具有極高硬度和硬脆特性的材料，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。目前需要對金剛石晶體進(jìn)行切割、研磨、拋光等工序才能夠?qū)饎偸M(jìn)行工業(yè)化利用。金剛石表面的微小不平整和雜質(zhì)會影響其光學(xué)和電子性能，由于金剛石的硬度極高，傳統(tǒng)的拋光方法往往無法實現(xiàn)對金剛石表面的原子級粗糙度的控制，因此也極大地限制了金剛石的應(yīng)用。化學(xué)機(jī)械拋光具有高精度、低損傷等優(yōu)點，適合金剛石的精拋光，但金剛石極佳的化學(xué)穩(wěn)定性大大降低了拋光效率。
       目前一些研究人員采用芬頓試劑對硅、碳化硅、氮化鎵等材料進(jìn)行拋光，利用亞鐵離子與雙氧水的氧化性對材料表面進(jìn)行氧化拋光，然而芬頓試劑中，亞鐵離子與雙氧水的氧化速度極快，將其用于金剛石襯底的拋光時：一是會使得反應(yīng)初期氧化速度極快，使得拋光工藝無法與氧化速度匹配，無法實現(xiàn)均勻拋光；二是隨著亞鐵離子的急劇消耗，反應(yīng)難以長時間維持，使得拋光難以有效進(jìn)行。上述兩種情況均使得金剛石襯底的表面不平整，拋光效果差，難以實現(xiàn)金剛石表面原子級粗糙度的控制。
       此次，天岳先進(jìn)提供的拋光方法解決了以上問題，該拋光液通過使用微溶于水的鐵鹽來實現(xiàn)鐵源的供給，能夠在雙氧水的存在下實現(xiàn)羥基自由基的穩(wěn)定供應(yīng)，從而有效去除金剛石表面的雜質(zhì)，實現(xiàn)對金剛石表面的原子級粗糙度的控制。
       金剛石自身的耐氧化和超硬特性，使的金剛石的拋光過程是一個平衡化學(xué)氧化作用和機(jī)械磨削作用的復(fù)雜過程。隨著科技的進(jìn)步和工藝的創(chuàng)新，金剛石拋光技術(shù)正朝著更高效、更環(huán)保、更精準(zhǔn)的方向發(fā)展。
       來源：國家知識產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)

         溫海浪等：大尺寸單晶金剛石襯底拋光技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望