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金刚石抛光技术研究进展

2025-04-10 09:26:17

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金刚石以优异的性能在力学、光学、热学和电子学(如半导体)等领域发挥着重要作用。 在半导体、散热等领域,仅2023年金刚石的市场规模达到数亿美元的增幅,且火热程度仍将持续。



金刚石性能卓越,在力学、光学等多领域(含半导体)作用突出。2023年其半导体、散热等领域市场规模增数亿美元,热度持续。不过,表面质量影响应用,高效抛光获高质量表面成研究焦点,其中化学机械抛光(CMP)因优势受关注。




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早期化学机械抛光

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早期化学机械抛光(CMP)以高温熔融盐(如KNO₃)为氧化剂,1974年起不断改进工艺,如用NaNO₃/KNO₃制棒体施压抛光,RMS粗糙度可达0.2nm。后为提升效率采用混合氧化剂,不同配方在去除率与表面质量上各有优劣。常用氧化剂多样,部分需高温,但高温易引发问题。




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H2O2及其混合物化学机械抛光

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H₂O₂溶液用于室温化学机械抛光可获原子级光滑表面。Tokuda等用H₂SO₄/H₂O₂混合液浸泡压平金刚石降粗糙度;Kubota等以旋转铁棒在H₂O₂溶液中抛光,通过·OH氧化表面,获Ra=0.092 nm原子级表面,但均匀性欠佳。Yuan等实验表明Fe²⁺增强抛光效果,Fe₂(SO₄)₃+H₂O₂试剂抛光效果最佳。

金刚石表面显微干涉图像

氧化前、后金刚石表面SEM照片




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光催化辅助化学机械抛光

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金刚石带隙能5.45eV,在波长小于225nm紫外照射下激发产生空穴电子对,与氧和水分子结合成键反应,产生O原子和·OH使表面氧化。基于此理论提出光催化辅助化学机械抛光法,Anan等用紫外光辐照抛光单晶金刚石,抛光效果显著,还伴随CO和CO2产生。Kubota等换用蓝宝石抛光盘,效果更佳。此法可提高金刚石表面质量,但设备复杂度高,需进一步研究优化 。

高速水平主轴紫外线抛光机 




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结论与展望

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当前金刚石市场规模年增数亿美元、应用扩大,其表面质量影响应用效果。化学机械抛光优势显著,结合H₂O₂的方法能实现亚纳米级粗糙度,产出超光滑低损伤表面。未来,实现其大面积、无亚表面损伤抛光是拓展应用的关键前提。


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作者: 佛山市海光智能科技有限公司
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金刚石抛光技术研究进展
金刚石以优异的性能在力学、光学、热学和电子学(如半导体)等领域发挥着重要作用。 在半导体、散热等领域,仅2023年金刚石的市场规模达到数亿美元的增幅,且火热程度仍将持续。
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©2022  版权所有   佛山市海光智能科技有限公司  

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