近年来，随着电动汽车和5G通信等新兴产业的迅猛发展，第三代半导体材料如碳化硅和氮化镓受到了广泛关注。然而，在这些材料中，金刚石以其独特的物理和化学特性，被视为下一代功率器件最有希望的候选材料。金刚石不仅具有极高的禁带宽度（5.5eV）、热导率（2000 W/m•K）和击穿场强（>10 MV/cm），还具备稳定的化学特性和极强的抗辐照性能，使得它在高能量密度领域具有广泛的应用前景。然而，尽管金刚石的性能卓越，其衬底的抛光技术却面临诸多挑战，成为制约其工业化应用的重要瓶颈。金刚石衬底的抛光不仅关乎其表面质量，还直接影响到后续外延层的结晶质量，进而影响整个器件的性能。本文将探讨金刚石衬底抛光中的“烦恼”，并介绍当前研究中的一些解决方案。

       01金刚石衬底：抛光技术“上大分”

       在半导体产业中，高质量的金刚石衬底是制备高性能器件的前提。抛光技术在这一过程中发挥着至关重要的作用。一方面，抛光可用于制备CVD法同质外延生长单晶金刚石的籽晶，籽晶的表面质量直接影响单晶金刚石的生长质量；另一方面，抛光后的高质量单晶金刚石衬底，要求保持面型和纳米级的粗糙度，同时避免表面及亚表面损伤，以确保外延层能够均匀、高质量地生长。然而，金刚石的高硬度和硬脆特性使得其抛光过程异常复杂。传统的抛光方法往往难以实现对金刚石表面的原子级粗糙度控制，限制了金刚石在高端领域的应用。因此，如何高效地抛光金刚石衬底，成为科研人员亟待解决的问题。

       02金刚石抛光的“烦恼”

       金刚石的极高硬度和化学稳定性，使得其抛光过程充满了挑战。金刚石表面的微小不平整和杂质会严重影响其光学和电子性能，而传统的抛光方法往往难以达到理想的抛光效果。化学机械抛光（CMP）作为一种高精度、低损伤的抛光技术，虽然适合金刚石的精抛光，但金刚石极佳的化学稳定性却大大降低了抛光效率。

       具体来说，金刚石抛光面临以下几个主要问题：

       难以实现原子级粗糙度控制：金刚石的硬度极高，传统的抛光方法难以实现对金刚石表面的原子级粗糙度控制，导致抛光后的表面质量不稳定。

       抛光效率低：金刚石极佳的化学稳定性使得抛光过程中的化学反应难以进行，从而降低了抛光效率。

       表面及亚表面损伤：在抛光过程中，机械磨削作用容易导致金刚石表面及亚表面产生损伤，影响器件的性能。

       03解决方案与创新

       为了克服金刚石抛光的这些“烦恼”，科研人员不断探索新的抛光方法和工艺。例如，一些研究人员采用芬顿试剂对金刚石进行抛光，但这种方法存在氧化速度过快、反应难以长时间维持等问题。针对这些问题，研究人员开发了一种新的抛光方法，通过使用微溶于水的铁盐来实现铁源的供给，从而在双氧水的存在下实现羟基自由基的稳定供应，有效去除金刚石表面的杂质，并实现对金刚石表面的原子级粗糙度控制。此外，随着科技的进步和工艺的创新，金刚石抛光技术正朝着更高效、更环保、更精准的方向发展。例如，溶胶-凝胶（SG）抛光工具在极硬半导体抛光领域展现出优异的性能，通过其柔性抛光的特点，实现了对大尺寸单晶金刚石衬底的超精密抛光。虽然这种方法在抛光效率上仍有待提升，但其为金刚石抛光提供了新的思路和技术路径。

       参考文章：国家知识产权局官网 温海浪等：大尺寸单晶金刚石衬底抛光技术研究现状与展望