中國粉體網訊  2024年12月24日，由中國粉體網主辦的“2024半導體行業(yè)用金剛石材料技術大會”在河南鄭州濱河假日酒店隆重召開。會議期間，我們邀請到多位業(yè)內專家學者做客“對話”欄目，就金剛石材料在半導體行業(yè)中的應用進展以及技術現狀進行了訪談交流。本期為您分享的是中國粉體網對廣東工業(yè)大學路家斌教授的專訪。

廣東工業(yè)大學路家斌教授

粉體網：路教授，首先請您介紹一下您的研究方向。

路教授：最近十年來，我主要研究的是半導體材料的超精密加工，尤其是針對第三代半導體（碳化硅、氮化鎵等）和第四代半導體（氧化鎵、金剛石等）的研磨拋光的方法、工藝和耗材。在制造過程中，由于研磨拋光工藝、操作等相對直觀且容易被模仿，所以目前我們更多是想開發(fā)一些研磨拋光耗材，比如做成固相反應的研磨盤、拋光盤、拋光墊或拋光液等。

粉體網：目前金剛石的表面超精密拋光技術有哪些？

路教授：由于金剛石的硬度非常高，所以加工難度非常大，目前加工金剛石的方法很多，包括從傳統(tǒng)的機械拋光、砂輪拋光到現在CMP技術等。從原理的角度來說，金剛石的加工方法主要分為兩類：

一類是通過直接輸入能量的方式，打破金剛石的C-C共價鍵來實現材料去除，如機械拋光是通過直接輸入機械能的方式使C-C鍵發(fā)生破裂；而激光加工則是通過輸入激光能量的方式。直接輸入能量方法的最大優(yōu)點是效率非常高，缺點就是損傷會比較大，比如，機械拋光可能會產生一些機械損傷，而激光拋光會產生一些熱損傷。

另外一種方法是采用CMP拋光，也就是以化學反應的方式來進行拋光。最典型就是CMP，除此之外，摩擦化學通過高溫摩擦產生化學反應，還有等離子體拋光等這些方法。

粉體網：激光誘導石墨化輔助CMP拋光方法是如何拋光單晶金剛石的？涉及的原理又是什么？

路教授：激光誘導石墨化輔助CMP拋光方法準確來說是采取兩個步驟來實現金剛石的拋光。

激光誘導石墨化部分通過直接通過輸入能量的方式來對金剛石進行材料去除，這個部分主要用于粗拋光。這種方法的優(yōu)勢在于效率非常高，但是很難讓它表面粗糙度達到原子級的精度。

目前我們激光單次加工效果最好的是50nm，未來我的目標是想通過激光誘導石墨化能夠達到10nm左右。

激光誘導石墨化最大的優(yōu)點就是可以快速地進行整平，假設一個粗糙不平的金剛石，如果一開始就完全用CMP拋光或研磨去把它整平的話，不僅難度極大，而且效率也非常低。

但是通過激光誘導石墨化之后，就可以快速地對其進行粗加工，達到整平并且控制損傷，最后再采用CMP拋光的方式進行精拋光，進一步降低粗糙度和減少損傷層。對于金剛石的CMP拋光，我們也研究多種原理的化學反應，最后選擇利用紫外光催化和芬頓反應的協同作用來顯著提高強氧化性的羥基自由基（•OH）濃度，從而增強金剛石的化學反應，達到提高拋光效率的目的，實現金剛石的高效率、高精度拋光。

實際上，在金剛石的激光誘導石墨化和CMP拋光中還存在協同問題，激光誘導石墨化后會產生熱損傷，著有可能會加快后期CMP的化學反應，產生協同作用。關于這方面的問題，目前我們還在進一步研究中。

粉體網：在您看來，未來金剛石表面拋光技術發(fā)展的重點是什么？

路教授：最主要的還是降低加工成本。首先從成本角度來說，激光加工是一個非常有前途的方法，但激光加工后的最終粗糙度很難降低是需要關注的問題，未來還需要進一步研究如何優(yōu)化激光加工，進一步降低粗糙度。其次，我認為CMP仍然是目前最重要也是關鍵的拋光工藝，要進一步大力發(fā)展，因為最終要達到原子級的粗糙度，甚至是實現無表面或者亞表面損傷，都必須最后要用到CMP。未來，這兩部分一定會實現的。

此外，目前還有一個比較流行的原子級的拋光方法就是等離子體拋光，最早是由日本學者提出，現在國內也有很多地方開始做等離子體拋光，如南方科技大學的鄧輝教授在這方面做的非常好，這也是未來的發(fā)展方向之一。

（中國粉體網編輯整理/喬木）

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