硅原料充足，加工簡單，由此在幾十年中成為電子產(chǎn)業(yè)的原動力材料。但是硅在高溫下容易失效受損，這限制了硅基電子器件的性能和應用領域。單晶金剛石是一種硅的可替代品，但它的問題在于普通的拋光技術很難對其進行加工。

最近，大阪大學的科學家和合作者實現(xiàn)了創(chuàng)舉：將一塊單晶金剛石晶圓片打磨至接近原子級的平滑度，而這意味著金剛石終于可以取代電子設備中的一些硅元件。

金剛石是自然界中發(fā)現(xiàn)的硬度最高的材料，并且在一般條件下不會發(fā)生反應，所以化學拋光的效率會非常低下，而用金剛石工具對其進行物理拋光時，表面難免地會受到破壞。該項研究中利用等離子輔助拋光（PAP）技術和改良石英玻璃工具的幫助，對單晶金剛石（SCD）實現(xiàn)了深度拋光。

PAP前后SCD基底表面形貌的變化示意圖

據(jù)研究報告主要作者Nian Liu稱，單晶金剛石在拋光前具有臺階狀特征，整體呈現(xiàn)波浪狀，平均粗糙度方差為0.66μm，拋光后形貌缺陷消失，表面粗糙度小于0.4nm。此外，研究小組發(fā)現(xiàn)，拋光表面的化學性質(zhì)沒有變化。例如，沒有檢測到石墨，這表明沒有受損的碳。從最初的晶圓制備過程中只發(fā)現(xiàn)了極少量的氮。利用拉曼光譜分析，晶圓中金剛石線的半峰全寬相同，峰位基本相同。

這一研究進展有助于實現(xiàn)基于單晶金剛石的高性能散熱片和功率器件。這些技術將大大減少電力損耗和碳排放，同時提高未來電子設備的性能。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41598-020-76430-6

編譯 YUXI