近日，天岳先進申請一項名為“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領域。

       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較大，其是與拋光液中產生的羥基自由基的速度相匹配的，該壓強和轉速及流量與拋光液成分及補加的雙氧水的量相互協同，從而實現對金剛石襯底的高效、穩定拋光，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化生產。

       金剛石襯底：拋光技術“上大分”

       近年來，在電動汽車和5G通信等新興產業的推動下，以碳化硅和氮化鎵為主的第三代半導體產業受到廣泛關注，迎來飛速發展時期。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），熱導率（2000 W/m·K）和擊穿場強（>10 MV/cm）比碳化硅更高，并且具有穩定的化學特性和極強的抗輻照性能。
       金剛石現已被應用在眾多高能量密度領域，未來將擁有極大的發展前景。目前歐美日等發達國家和地區已經對金剛石半導體相關領域展開深入研究，并取得重要進展，已研制出多種高功率、耐高溫和抗輻射的半導體器件，如肖特基二極管、場效應晶體管、深紫外探測器等。

       而制備高質量單晶金剛石襯底是金剛石在半導體領域得以應用的前提，拋光技術將會在這一過程中發揮重要的作用，其中主要包括兩個方面：其一，拋光可以用于制備CVD法同質外延生長單晶金剛石的籽晶，籽晶的表面質量將直接影響單晶金剛石的生長質量；其二，拋光可用于制備高質量單晶金剛石襯底，應用于半導體產業的襯底，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氣相沉積生長，金剛石襯底的質量將直接影響外延層結晶質量。目前在生長得到CVD單晶金剛石之后，其表面通常會產生許多缺陷，如小丘、臺階等，所以對其進行平坦化拋光是非常必要的。
       由此可見，拋光技術在制備金剛石襯底中的重要性，尤其是大尺寸高質量的金剛石襯底。此外，相比其他應用，金剛石襯底應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，廣泛應用于各個領域。目前需要對金剛石晶體進行切割、研磨、拋光等工序才能夠對金剛石進行工業化利用。金剛石表面的微小不平整和雜質會影響其光學和電子性能，由于金剛石的硬度極高，傳統的拋光方法往往無法實現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用。化學機械拋光具有高精度、低損傷等優點，適合金剛石的精拋光，但金剛石極佳的化學穩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、氮化鎵等材料進行拋光，利用亞鐵離子與雙氧水的氧化性對材料表面進行氧化拋光，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，無法實現均勻拋光；二是隨著亞鐵離子的急劇消耗，反應難以長時間維持，使得拋光難以有效進行。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，難以實現金剛石表面原子級粗糙度的控制。
       此次，天岳先進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鐵源的供給，能夠在雙氧水的存在下實現羥基自由基的穩定供應，從而有效去除金剛石表面的雜質，實現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氧化作用和機械磨削作用的復雜過程。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。
       來源：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