全球人造金剛石行業主要有高溫高壓法(HTHP)和化學氣相沉積法(CVD)兩種制備方法,其中CVD法制備人造金剛石因其耐高壓、大射頻、低成本、耐高溫等諸多優勢,被普遍認為是制備下一代高功率、高頻、高溫及低功率損耗電子器件的*優材料。
CVD法人造金剛石根據原子排列方式不同又分為多晶金剛石及單晶金剛石,其中多晶金剛石多用于半導體領域熱沉材料的制造(散熱片);單晶金剛石因其原子規則排列、一致性強等優勢,有望在半導體襯底等多領域大幅應用。
應用于半導體領域或是集成電路的金剛石需要具備一定的形狀和面型精度,從半導體用大尺寸單晶金剛石襯底的常規制備工藝流程中可見晶體的微波等離子體化學氣相沉積(MPCVD)制備、晶圓切割和研磨拋光是單晶金剛石襯底制備過程的關鍵工序。
而在金剛石拋光中,存在以下兩大難點:
一方面,金剛石硬度極高,通常需要大拋光載荷才能形成材料去除,因而在拋光過程中容易產生劃痕、坑點等表面/亞表面損傷;
另一方面,金剛石彈性極限與強度極限非常接近,當所承受的載荷超過彈性極限時就會發生斷裂破壞,因而金剛石拋光加工時極易破碎。故實現金剛石高質量、高效率的超光滑無損傷表面的加工非常困難。
為提高去除效率和改善拋光表面質量,基于機械、化學和熱學作用相結合的多種金剛石拋光技術在近幾十年得到了飛速發展。雖然我國有一些高校和實驗室已經開展了一些關于大尺寸單晶金剛石生長、切割及研磨拋光的工藝研究,但工藝和裝備研發上還與國外存在較大差距,制備的大尺寸晶圓雖然可應用于熱沉和光學領域,但是仍然無法滿足電子級半導體領域的商業化應用需求。
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