中国粉体网讯 2024年12月24日，由中国粉体网主办的“2024半导体行业用金刚石材料技术大会”在河南郑州滨河假日酒店隆重召开。会议期间，我们邀请到多位业内专家学者做客“对话”栏目，就金刚石材料在半导体行业中的应用进展以及技术现状进行了访谈交流。本期为您分享的是中国粉体网对广东工业大学路家斌教授的专访。
广东工业大学路家斌教授
粉体网：路教授，首先请您介绍一下您的研究方向。
路教授：最近十年来，我主要研究的是半导体材料的超精密加工，尤其是针对第三代半导体（碳化硅、氮化镓等）和第四代半导体（氧化镓、金刚石等）的研磨抛光的方法、工艺和耗材。在制造过程中，由于研磨抛光工艺、操作等相对直观且容易被模仿，所以目前我们更多是想开发一些研磨抛光耗材，比如做成固相反应的研磨盘、抛光盘、抛光垫或抛光液等。
粉体网：目前金刚石的表面超精密抛光技术有哪些？
路教授：由于金刚石的硬度非常高，所以加工难度非常大，目前加工金刚石的方法很多，包括从传统的机械抛光、砂轮抛光到现在CMP技术等。从原理的角度来说，金刚石的加工方法主要分为两类：
一类是通过直接输入能量的方式，打破金刚石的C-C共价键来实现材料去除，如机械抛光是通过直接输入机械能的方式使C-C键发生破裂；而激光加工则是通过输入激光能量的方式。直接输入能量方法的最大优点是效率非常高，缺点就是损伤会比较大，比如，机械抛光可能会产生一些机械损伤，而激光抛光会产生一些热损伤。
另外一种方法是采用CMP抛光，也就是以化学反应的方式来进行抛光。最典型就是CMP，除此之外，摩擦化学通过高温摩擦产生化学反应，还有等离子体抛光等这些方法。
粉体网：激光诱导石墨化辅助CMP抛光方法是如何抛光单晶金刚石的？涉及的原理又是什么？
路教授：激光诱导石墨化辅助CMP抛光方法准确来说是采取两个步骤来实现金刚石的抛光。
激光诱导石墨化部分通过直接通过输入能量的方式来对金刚石进行材料去除，这个部分主要用于粗抛光。这种方法的优势在于效率非常高，但是很难让它表面粗糙度达到原子级的精度。
目前我们激光单次加工效果最好的是50nm，未来我的目标是想通过激光诱导石墨化能够达到10nm左右。
激光诱导石墨化最大的优点就是可以快速地进行整平，假设一个粗糙不平的金刚石，如果一开始就完全用CMP抛光或研磨去把它整平的话，不仅难度极大，而且效率也非常低。
但是通过激光诱导石墨化之后，就可以快速地对其进行粗加工，达到整平并且控制损伤，最后再采用CMP抛光的方式进行精抛光，进一步降低粗糙度和减少损伤层。对于金刚石的CMP抛光，我们也研究多种原理的化学反应，最后选择利用紫外光催化和芬顿反应的协同作用来显著提高强氧化性的羟基自由基（•OH）浓度，从而增强金刚石的化学反应，达到提高抛光效率的目的，实现金刚石的高效率、高精度抛光。
实际上，在金刚石的激光诱导石墨化和CMP抛光中还存在协同问题，激光诱导石墨化后会产生热损伤，着有可能会加快后期CMP的化学反应，产生协同作用。关于这方面的问题，目前我们还在进一步研究中。
粉体网：在您看来，未来金刚石表面抛光技术发展的重点是什么？
路教授：最主要的还是降低加工成本。首先从成本角度来说，激光加工是一个非常有前途的方法，但激光加工后的最终粗糙度很难降低是需要关注的问题，未来还需要进一步研究如何优化激光加工，进一步降低粗糙度。其次，我认为CMP仍然是目前最重要也是关键的抛光工艺，要进一步大力发展，因为最终要达到原子级的粗糙度，甚至是实现无表面或者亚表面损伤，都必须最后要用到CMP。未来，这两部分一定会实现的。
此外，目前还有一个比较流行的原子级的抛光方法就是等离子体抛光，最早是由日本学者提出，现在国内也有很多地方开始做等离子体抛光，如南方科技大学的邓辉教授在这方面做的非常好，这也是未来的发展方向之一。
（中国粉体网编辑整理/乔木）
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