超硬材料网

       几十年来，硅一直是电子产品的主力军，因为它不仅是一种常见的元素，易于加工，而且还具备良好的电子特性。硅的唯一局限性就是高温会损坏它，这限制了硅基电子产品的运行速度。单晶金刚石是硅的一种可能的替代品。研究人员最近制造了一种单晶金刚石晶片，但普通的表面抛光方法速度很慢，而且对材料有损害。
       最近发表在《Scientific Reports》上的一项研究中，来自大阪大学的研究人员和合作伙伴将单晶金刚石晶圆打磨成近乎原子级的光滑。这一过程将有助于帮助金刚石取代电子设备中的部分硅元件。

       金刚石是已知最坚硬的物质，基本上不与化学物质发生反应。用同样坚硬的工具对其进行抛光会损坏表面，而传统的抛光化学反应缓慢。在这项研究中，研究人员实质上是先改造石英玻璃表面，然后用改造后的石英玻璃工具对金刚石进行抛光。
       "等离子体辅助抛光是单晶金刚石的理想技术，"主要作者Nian Liu解释说。"等离子体在不破坏晶体结构的前提下，激活钻石表面的碳原子，从而让石英玻璃板轻轻磨平表面不规则的地方。"
       抛光前的单晶金刚石，有许多台阶状特征，整体呈波浪形，平均均方根粗糙度为0.66微米。抛光后，结构缺陷消失了，表面粗糙度也大大降低，只有0.4纳米。
       "抛光将表面粗糙度降低到接近原子的光滑度，"主要作者Kazuya Yamamura说。"表面没有划痕，就像机械平滑方法中看到的那样。"
       此外，研究人员还证实，抛光后的表面没有发生化学变化。例如，他们没有检测到石墨，因此，没有损坏的碳。唯一检测到的杂质是来自原始晶圆制备的极少量氮气。
       "使用拉曼光谱，晶片中金刚石线的半峰全宽是相同的，并且峰的位置几乎是相同的。"Liu说，"其他抛光技术与纯金刚石有明显偏差。"
       通过这项研究开发，现在可以实现基于单晶金刚石的高性能功率器件和散热器。这种技术将大大降低未来电子设备的功耗和碳投入，提高性能。

       论文标题为《Damage-free highly efficient plasma-assisted polishing of a 20-mm square large mosaic single-crystal diamond substrate》。