全球人造金剛石行業(yè)主要有高溫高壓法(HTHP)和化學(xué)氣相沉積法(CVD)兩種制備方法,其中CVD法制備人造金剛石因其耐高壓、大射頻、低成本、耐高溫等諸多優(yōu)勢,被普遍認(rèn)為是制備下一代高功率、高頻、高溫及低功率損耗電子器件的*優(yōu)材料。
CVD法人造金剛石根據(jù)原子排列方式不同又分為多晶金剛石及單晶金剛石,其中多晶金剛石多用于半導(dǎo)體領(lǐng)域熱沉材料的制造(散熱片);單晶金剛石因其原子規(guī)則排列、一致性強(qiáng)等優(yōu)勢,有望在半導(dǎo)體襯底等多領(lǐng)域大幅應(yīng)用。
應(yīng)用于半導(dǎo)體領(lǐng)域或是集成電路的金剛石需要具備一定的形狀和面型精度,從半導(dǎo)體用大尺寸單晶金剛石襯底的常規(guī)制備工藝流程中可見晶體的微波等離子體化學(xué)氣相沉積(MPCVD)制備、晶圓切割和研磨拋光是單晶金剛石襯底制備過程的關(guān)鍵工序。
而在金剛石拋光中,存在以下兩大難點:
一方面,金剛石硬度極高,通常需要大拋光載荷才能形成材料去除,因而在拋光過程中容易產(chǎn)生劃痕、坑點等表面/亞表面損傷;
另一方面,金剛石彈性極限與強(qiáng)度極限非常接近,當(dāng)所承受的載荷超過彈性極限時就會發(fā)生斷裂破壞,因而金剛石拋光加工時極易破碎。故實現(xiàn)金剛石高質(zhì)量、高效率的超光滑無損傷表面的加工非常困難。
為提高去除效率和改善拋光表面質(zhì)量,基于機(jī)械、化學(xué)和熱學(xué)作用相結(jié)合的多種金剛石拋光技術(shù)在近幾十年得到了飛速發(fā)展。雖然我國有一些高校和實驗室已經(jīng)開展了一些關(guān)于大尺寸單晶金剛石生長、切割及研磨拋光的工藝研究,但工藝和裝備研發(fā)上還與國外存在較大差距,制備的大尺寸晶圓雖然可應(yīng)用于熱沉和光學(xué)領(lǐng)域,但是仍然無法滿足電子級半導(dǎo)體領(lǐng)域的商業(yè)化應(yīng)用需求。
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