硅原料充足，加工簡單，由此在幾十年中成為電子產業的原動力材料。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了創舉：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現的硬度最高的材料，并且在一般條件下不會發生反應，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）實現了深度拋光。

PAP前后SCD基底表面形貌的變化示意圖

據研究報告主要作者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，研究小組發現，拋光表面的化學性質沒有變化。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現了極少量的氮。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