幾十年來，硅一直是電子產(chǎn)品的主力軍，因為它不僅是一種常見的元素，易于加工，而且還具備良好的電子特性。硅的唯一局限性就是高溫會損壞它，這限制了硅基電子產(chǎn)品的運行速度。單晶金剛石是硅的一種可能的替代品。研究人員最近制造了一種單晶金剛石晶片，但普通的表面拋光方法速度很慢，而且對材料有損害。
       最近發(fā)表在《Scientific Reports》上的一項研究中，來自大阪大學(xué)的研究人員和合作伙伴將單晶金剛石晶圓打磨成近乎原子級的光滑。這一過程將有助于幫助金剛石取代電子設(shè)備中的部分硅元件。

       金剛石是已知最堅硬的物質(zhì)，基本上不與化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。用同樣堅硬的工具對其進行拋光會損壞表面，而傳統(tǒng)的拋光化學(xué)反應(yīng)緩慢。在這項研究中，研究人員實質(zhì)上是先改造石英玻璃表面，然后用改造后的石英玻璃工具對金剛石進行拋光。
       "等離子體輔助拋光是單晶金剛石的理想技術(shù)，"主要作者Nian Liu解釋說。"等離子體在不破壞晶體結(jié)構(gòu)的前提下，激活鉆石表面的碳原子，從而讓石英玻璃板輕輕磨平表面不規(guī)則的地方。"
       拋光前的單晶金剛石，有許多臺階狀特征，整體呈波浪形，平均均方根粗糙度為0.66微米。拋光后，結(jié)構(gòu)缺陷消失了，表面粗糙度也大大降低，只有0.4納米。
       "拋光將表面粗糙度降低到接近原子的光滑度，"主要作者Kazuya Yamamura說。"表面沒有劃痕，就像機械平滑方法中看到的那樣。"
       此外，研究人員還證實，拋光后的表面沒有發(fā)生化學(xué)變化。例如，他們沒有檢測到石墨，因此，沒有損壞的碳。唯一檢測到的雜質(zhì)是來自原始晶圓制備的極少量氮氣。
       "使用拉曼光譜，晶片中金剛石線的半峰全寬是相同的，并且峰的位置幾乎是相同的。"Liu說，"其他拋光技術(shù)與純金剛石有明顯偏差。"
       通過這項研究開發(fā)，現(xiàn)在可以實現(xiàn)基于單晶金剛石的高性能功率器件和散熱器。這種技術(shù)將大大降低未來電子設(shè)備的功耗和碳投入，提高性能。

       論文標題為《Damage-free highly efficient plasma-assisted polishing of a 20-mm square large mosaic single-crystal diamond substrate》。