用於電子工業的「鑽石」，是如何打磨出來的？

2020-11-12 科學大觀園雜誌


等離子體輔助拋光前後，嵌合單晶金剛石基體的形態。

幾十年來，矽一直是製造電子器件的主要材料。然而，它不耐高溫，這限制了矽基電子設備的運行速度。單晶金剛石是矽的理想替代品之一，遺憾的是，符合電子器件要求的表面拋光工藝無法用於單晶金剛石的拋光處理。

作為已知的最堅硬物質，用類似材質的硬質工具處理單晶金剛石，會損壞其表面結構；用化學處理方式，進度又過於緩慢。

《科學報告》雜誌當地時間11月10日發文稱，日本大阪大學的研究人員與合作夥伴共同製造了一種單晶金剛石晶片。他們用修飾過的石英玻璃工具打磨晶片，使其達到「原子級」光滑。這將有助於用金剛石取代矽組件。

「等離子輔助拋光是用於處理單晶金剛石的理想技術。」論文作者Nian Liu解釋說，「等離子體在不破壞晶體結構的情況下激活了金剛石表面的碳原子。」

單晶金剛石在接受打磨前，表面有許多臺階狀結構，平均均方根粗糙度高達0.66微米。而在拋光後，其臺階狀缺陷消失，表面粗糙度降低至0.4納米左右。

此外，研究人員還證實，單晶金剛石的表面在拋光後沒有產生化學變化。例如，他們沒有檢測到石墨，唯一檢測到的雜質是來自原始晶片製備過程的極微量氮。

Liu說：「我們用拉曼光譜檢測了單晶金剛石的表面成分，吸收峰的特徵峰寬度和位置與拋光前幾乎沒有變化。這是等離子體輔助拋光工藝與其他技術在處理金剛石時的顯著差異。」

研究人員表示，隨著技術的發展，基於單晶金剛石的高性能功率器件和散熱器已經不再是空想。這類器件將大大降低未來電子設備的能耗及碳輸入，並展現出更好的性能。

原創編譯：雷鑫宇 審稿：西莫 責編：陳之涵

期刊來源：《科學報告》

期刊編號：2045-2322

原文連結：https://phys.org/news/2020-11-single-crystal-diamond-ready-electronics.html

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