近年來，隨著5G、人工智能領(lǐng)域的飛速發(fā)展，其內(nèi)部電子器件越來越朝著精密化、集成化、小型化發(fā)展。電子器件不斷變小，電路運行中產(chǎn)生的熱量累積會影響電子器件的運行，甚至造成損害，如何解決其散熱問題，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行越來越重要。常溫下，金剛石的熱導(dǎo)率＞2 000 Wm-1K-1，具有優(yōu)異的介電性能以及較低的熱膨脹系數(shù)等（如表1所示），是制造半導(dǎo)體器件理想的散熱材料。但由于金剛石在生長過程中往往會產(chǎn)生厚度不均勻、晶體取向隨機、高內(nèi)應(yīng)力的粗糙表面等問題，且金剛石材料的高硬度、高耐磨性、高化學(xué)惰性等特點，使得金剛石的加工極其困難。因此，與金剛石相關(guān)的拋光技術(shù)和設(shè)備一直是學(xué)術(shù)界和工業(yè)界關(guān)注的焦點。目前已經(jīng)開發(fā)了多種拋光技術(shù)，以期實現(xiàn)金剛石表面光滑、平整、低損傷的要求。常用的方法有機械拋光（Mechanical polishing，MP）、熱化學(xué)拋光（Thermo - chemical polishing，TCP）、化學(xué)機械拋光（Chemical mechanical polishing，CMP）、等離子體刻蝕拋光（Plasma etching polishing，PEP）、激光拋光（Laser polishing，LP）等。但上述方法都有各自的局限性，尚未有能同時兼具高效率與高表面質(zhì)量的拋光技術(shù)出現(xiàn)，是目前工業(yè)上亟需解決的問題。因此，本文以當(dāng)前金剛石拋光技術(shù)為基礎(chǔ)，從每種拋光技術(shù)的設(shè)備、原理、拋光效率、表面質(zhì)量等方面入手，總結(jié)了各種拋光技術(shù)的優(yōu)點和不足，展望了未來金剛石半導(dǎo)體襯底拋光技術(shù)的發(fā)展方向。機械拋光是利用金剛石與高速旋轉(zhuǎn)的拋光盤（鑄鐵盤、砂輪盤）相互摩擦產(chǎn)生脆性斷裂去除表面材料的拋光工藝，同時，由于高速旋轉(zhuǎn)的拋光盤與金剛石摩擦?xí)a(chǎn)生高溫，而高溫提供了“硬”的金剛石相向“軟”的石墨相轉(zhuǎn)變的驅(qū)動力，通過利用微切削與石墨化相結(jié)合的原理實現(xiàn)了金剛石的拋光。材料去除原理與拋光前后樣品表面的 SEM 圖像如圖 1所示。1920 年，Tolkowshy[4]提出金剛石材料的去除是在微尺度上的脆性斷裂。Zong通過分子動力學(xué)模擬了各向異性對材料去除率的影響，發(fā)現(xiàn)在機械拋光過程中不可避免地會產(chǎn)生一定程度的晶格畸變，從而在表面產(chǎn)生非晶層，且去除率強烈依賴于sp2雜化和非晶 sp3結(jié)構(gòu)的比例。在“硬”方向上，非晶sp3轉(zhuǎn)變?yōu)閟p2的相變困難，因此 sp2與非晶 sp3的比例較低，導(dǎo)致去除率較小。而在“軟”方向上，非晶 sp3向sp2的相變阻力較小，因此sp2與非晶sp3的比例較高，從而產(chǎn)生較大的去除率，如圖2所示。劉帥偉也在研究金剛石拋光過程的材料去除機制中發(fā)現(xiàn)，金剛石會在機械作用下使表面發(fā)生從 sp3到sp2結(jié)構(gòu)的相變，在表面形成相變層，而相變層在機械和氧氣的作用下可以更容易被去除。
MP因其設(shè)備原理簡單，由高速電機和拋光盤兩部分組成，因此可以通過改進(jìn)拋光盤或提高電機穩(wěn)定性來提升拋光質(zhì)量。Xu等通過在剛玉砂輪中加入鐵來制備砂輪，在磨削速度提升至 500 r/min 時，去除率達(dá) 70.32 μm/h，獲得了平整的金剛石表面。Kubota 等用裝有微米級金剛石磨粒的拋光盤對單晶金剛石（single-crystal diamond，SCD）進(jìn)行機械拋光，獲得了 Ra為 0.1 nm 的光滑金剛石表面。Huang等先利用磨削、刻蝕兩步工藝對金剛石表面進(jìn)行處理，隨后使用樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪進(jìn)行機械拋光，表面粗糙度從 1.79 nm 降至 0.315 nm，采用此種金剛石表面精密復(fù)合加工方法在2 inch（5.07 cm）多晶金剛石（polycrystalline diamond，PCD）上獲得了原子級光滑的表面。Lu等用Coborn PL5行星研磨機用陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪對 PCD 進(jìn)行磨削，在 1.91mm×1.19 mm 和 30.0 μm×30.0 μm 范圍內(nèi)分別可達(dá)6.53 nm 和 0.548 nm 的表面粗糙度。Lu 等利用溶膠凝膠（Sol-gel，SG）技術(shù)制備一種半固定磨料拋光墊來拋光 SCD 的(111)面，表面粗糙度從 230.74 nm降低到 1.32 nm，獲得了光滑的金剛石表面，且由于SG 拋光的靈活性，SCD 的表面質(zhì)量有了很大的提高，拋光后沒有明顯的劃痕和納米級凹槽。在實際操作中發(fā)現(xiàn)，機械拋光往往會造成材料亞表面的損傷，對此，Zheng[12]采用高速三維動態(tài)摩擦拋光（high -speed three - dimensional dynamic fric?tion polishing，3DM-DFP）對 SCD 和 PCD 機械拋光產(chǎn)生的機械損傷進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)隨著轉(zhuǎn)速的增加，亞表面缺陷開始形成并逐漸增加，當(dāng)速度從 12 m/s增加到60 m/s時，缺陷延伸到近10 μm深的區(qū)域，該缺陷區(qū)域由均勻的微解理區(qū)、過渡區(qū)和非晶化壓縮區(qū)3 層組成，如圖 3 所示。隨后，Liang通過對 3DMDFP 前后的 PCD 進(jìn)行原位微區(qū)分析，發(fā)現(xiàn)晶界區(qū)域的高度差是導(dǎo)致 PCD光滑表面變差的主要原因，而晶界區(qū)域的高度差是由與缺陷相關(guān)的熱膨脹系數(shù)不均勻造成的。MP作為目前一種成熟的表面加工技術(shù)，具有設(shè)備原理簡單、操作方便、效率高、適合大規(guī)模生產(chǎn)等特點，能實現(xiàn)較為光滑和平整的表面，且對于粗、中、精拋光都適用，因此成為目前主流的金剛石拋光方法。但 MP在大尺寸金剛石拋光方面仍存在一些問題：一方面，高速摩擦中產(chǎn)生的高溫會對拋光盤產(chǎn)生損傷，進(jìn)而影響拋光的表面質(zhì)量；另一方面，在高速狀態(tài)下，MP 會對金剛石產(chǎn)生亞表面損傷，且受拋光盤平整度與壓力的影響，金剛石表面易產(chǎn)生劃痕或裂紋，邊緣易破裂。因此，對于要求高精度、低損傷的高端器件應(yīng)用來說，還需結(jié)合其他精細(xì)化加工的方法（如化學(xué)機械拋光、等離體刻蝕拋光等）以獲得良好的表面質(zhì)量。
2025（第五屆）碳基半導(dǎo)體材料與器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇
4月10-12日? ? ?浙江?寧波
論壇主題：創(chuàng)新·融合（金剛石&"金剛石+"）論壇主席：江南，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所功能碳素實驗室浙江省海外高層次人才聯(lián)誼會材料與工程分會河北工業(yè)大學(xué)先進(jìn)激光技術(shù)研究中心金剛石激光技術(shù)及應(yīng)用協(xié)同創(chuàng)新中心中關(guān)村天合寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟DT半導(dǎo)體、洞見熱管理、Carbontech、DT新材料、DT芯材、化合物半導(dǎo)體、芯師爺4月10日（星期四）
12:00-17:00? 大會簽到、注冊
18:00-20:30? 閉門會議（邀請制）
4月11日（星期五）
09:00-12:00? 開幕活動、主論壇專題報告
12:00-13:30? 午餐
13:30-18:00? 專題報告
18:30-20:00? 歡迎晚宴
4月12日（星期六）
09:00-12:00??專題報告
12:00-13:30? 午餐
14:00-16:30??專題報告
*部分題目為報告方向，最終報告情況以現(xiàn)場為準(zhǔn)*4月10日 ?下午
簽到&注冊
4月11日 ?上午
開幕式致辭
主論壇
金剛石材料方向
朱嘉琦，哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授
主要發(fā)達(dá)國家金剛石和碳化硅半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展態(tài)勢
史冬梅，國家自然科學(xué)基金委高技術(shù)研究發(fā)展中心原技術(shù)總師
4月11日 ?下午
金剛石深度應(yīng)變工程及其半導(dǎo)體和光電應(yīng)用難加工碳基材料的超精加工機理與工藝路徑探討
戴媛靜，清華大學(xué)天津高端裝備研究院常務(wù)副所長/教授級高工
金剛石熱學(xué)應(yīng)用的進(jìn)展
孫振路 ，河北普萊斯曼金剛石科技有限公司董事長
金剛石材料精密拋光技術(shù)的研究進(jìn)展
蔣繼樂，北京特思迪半導(dǎo)體設(shè)備有限公司副總裁
超10英寸CVD金剛石晶圓的制備和拋光技術(shù)
陳廣超，中國科學(xué)院大學(xué)教授
薄膜金剛石熱導(dǎo)率和界面熱阻測試挑戰(zhàn)和解決方法
袁超，武漢大學(xué)研究員
四英寸單晶石墨膜
宋健民，美國麻省理工學(xué)院（MIT）博士
“金剛石+”SiC/GaN/石墨烯/碳納米管半導(dǎo)體制造與應(yīng)用專題
The Atomic Layer Etching Technique with Low Damage for
p-GaN/AlGaN/GaN Structure
于洪宇，南方科技大學(xué)深港微電子學(xué)院創(chuàng)院院長、教授；深圳職業(yè)技術(shù)大學(xué)集成電路學(xué)院院長
高性能AR衍射波導(dǎo)設(shè)計與加工
杜凱凱，慕德微納聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO
面向碳化硅晶圓的量子點原位標(biāo)記輔助高效率低損傷拋光技術(shù)
彭星，國防科技大學(xué)研究員
石墨烯新材的可控創(chuàng)制及應(yīng)用探索
孫靖宇，蘇州大學(xué)教授
碳納米管的進(jìn)化生長及高純度半導(dǎo)體碳納米管制備
魏飛，清華大學(xué)教授
碳納米管量子色心：合成及應(yīng)用
黃中杰，東華大學(xué)研究員
高品質(zhì)碳納米管陣列的可控制備及鋰電池集流體應(yīng)用
簡賢，電子科技大學(xué)研究員
新型石墨烯光電器件集成研究
張廣琦，中國電科碳基電子重點實驗室、中國電子科技集團公司第五十五研究所高級工程師
4月12日? 全天
金剛石微波功率器件研究
蔚翠，中國電子科技集團公司第十三研究所研究員
金剛石銅散熱方向
秦景霞，元素六亞洲戰(zhàn)略業(yè)務(wù)總監(jiān)
蘇州英谷激光科技股份有限公司贊助報告
硼摻雜金剛石制備、結(jié)構(gòu)與性能研究
黃楠，中國科學(xué)院金屬研究所研究員
金剛石量子器件研制及其在高壓科學(xué)中的應(yīng)用
王孟祺，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)副研究員
“金剛石+”SiC/GaN/石墨烯/碳納米管半導(dǎo)體制造與應(yīng)用專題
新一代離子束技術(shù)在碳基半導(dǎo)體原子級制造中的應(yīng)用：金剛石/SiC 襯底的100nmTTV制造
田野，國防科技大學(xué)副研究員
面向高功率的碳基氧化鎵異質(zhì)集成技術(shù)
徐文慧，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所助理研究員
硅基混合集成光電調(diào)制器
王俊嘉，東南大學(xué)教授
石墨烯半導(dǎo)體方向
王浩敏，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員
高效光氧化技術(shù)和應(yīng)用探索
陶海華，上海交通大學(xué)副研究員
碳納米管方向
嚴(yán)可，中國電科碳基電子重點實驗室、中國電子科技集團公司第五十五研究所高級工程師
掃碼報名參會
與行業(yè)同仁分享您的見解、展示您的創(chuàng)新
注冊繳費、贊助
郵箱：liumingcheng@polydt.com圓滿落幕！500+行業(yè)大咖攜手CarbonSemi助力碳基半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程！第四屆碳基半導(dǎo)體材料與器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇，陪伴行業(yè)發(fā)展
