中國粉體網訊 SiC作為襯底材料，單晶SiC的表面粗糙度直接影響其在電子器元件中工作的效果與性能,。為確保單晶SiC在半導體,、襯底材料中的應用的穩(wěn)定性，其表面粗糙度往往要達到納米級或以下（工業(yè)要求Ra<0.3nm）,。
眾所周知,，SiC很硬且脆，同時其具有較高的化學穩(wěn)定性,，這些性能使得SiC單晶加工困難,。因此，解決SiC單晶加工問題,，才能使其應用不受限制,。
SiC晶圓超精拋光
SiC加工工序主要分為：定向切割、晶片粗磨,、精磨,、機械拋光與超精拋光，其中超精拋光技術作為最后一步,，直接決定了SiC晶圓的表面粗糙度及使用性能,。在半導體領域通過超精拋光后達到的超光滑、無缺陷的表面是高質量應用的前提,，目前使SiC晶圓達到超光滑表面常用的方式主要有五種,。
磁流變拋光（MRF）：納米金剛石磁流變拋光過程的原理是塑性剪性去除，材料以剪性刮擦的形式去除,。即在磨粒法向受力斷裂時,，在材料表面或亞表面形成損傷，并且使得材料表面凸起橫向斷裂,，從而達到拋光效果的一種方法,。
等離子體輔助拋光（PAP）：是一種借助等離子體進行表面改性,，結合軟磨粒拋光技術實現SiC表面材料高效去除的拋光方法。兩者結合極大地提高了SiC的加工效率,，并且不會產生亞表面損傷,。
電化學機械復合拋光（ECMP）：近年來，國內學者發(fā)現,，通過電化學機械復合拋光可以進一步提高CMP的拋光效率,。當進行電化學拋光時，作為陽極的SiC晶圓表面發(fā)生強烈的氧化反應,，從而降低表面硬度,，改善表面質量，同時可以通過控制電流大小來改變氧化速率進一步調整拋光效率,。
化學機械拋光（CMP）：該方法是目前在單晶SiC晶圓拋光加工領域最常用的超精密拋光技術,。
紫外輔助化學機械拋光（PCMP）：通過紫外光的激發(fā)與光催化劑中電子激發(fā)躍遷提供的能量，催化H2O2,、KMnO4等強氧化劑,，使其提供具有強氧化性的自由基，與SiC反應生成較軟的氧化層,，以此來提高拋光效率,。近些年發(fā)現，其提供的羥基自由基（-OH）也可應用在單晶SiC的拋光加工中,，以達到較好的拋光加工效果,。
化學機械拋光原理圖
納米金剛石拋光液在超精拋光中的應用
金剛石拋光液主要分為多晶金剛石拋光液、單晶金剛石拋光液和納米金剛石拋光液,。在電子化信息技術及半導體行業(yè)中,，要求加工表面粗糙度小，表面性能好,。從磨料挑選角度出發(fā),，納米金剛石完全符合該精密加工的要求。
近些年我國人造金剛石產業(yè)發(fā)展迅速,，占世界產值八成以上,，且價格逐漸降低，利用納米金剛石作為磨料不僅能提高加工效率,，成本也進一步降低,。納米金剛石無疑是精加工碳化硅、藍寶石等硬脆晶體材料的最佳選擇,。使用納米金剛石進行加工,，不僅可以提高加工效率，縮短加工時間，還可以使表面粗糙度達到納米級,。
金剛石研磨液,，來源：圣戈班
在納米金剛石拋光液應用中，良好的拋光液粒徑控制是獲得好的加工效果的重要保障,。但是,，由于比表面積大、比表面能高,，納米金剛石處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)，顆粒間極易發(fā)生團聚,，并且這種團聚往往很難被破壞,。要想實現納米金剛石拋光液中磨料粒徑的可控，首先要對納米金剛石顆粒間的團聚進行破壞,，實現納米金剛石的分散,。
納米粉體的分散過程就是納米顆粒均勻分布的過程，其主要通過物理分散法與化學分散法對納米顆粒進行分散,。
（1）物理分散法
物理分散法主要是分為機械分散和超聲分散兩種方法,。機械分散是最簡單的分散方法，如研磨分散,、膠體磨分散,、球磨分散等等，通過簡單的物理行為對納米金剛石團聚的大顆粒進行破壞,，從而進行分散,。單獨依靠機械分散很難使納米金剛石達到穩(wěn)定分散，因此該法常常與其他分散方法聯用,，以達到較好分散的效果,。超聲分散是利用液體中空化氣泡的形成、生長和急劇崩潰,，來對顆粒進行打散,，破壞顆粒的硬團聚。使用超聲波分散的好處是在制備過程中,，不會引入其他雜質,。
（2）化學分散法
化學分散法主要分為分散劑分散法和化學改性分散法。分散劑分散主要是通過改變粒子表面來對其進行分散的方法,，只是改善了分散性,，在分散過程中需要施加驅動力，使得粒子分散,。化學改性分散法通過化學溶劑處理納米金剛石表面,，降低納米金剛石表面電位，從而改善團聚現象，是目前對于納米粉體分散較為常見的一種處理方法,。其通過對納米金剛石表面基團進行改性,，增加納米金剛石表面的基團，或對納米金剛石表面基團進行修改,，以此來改善納米金剛石在介質中的電位分布,，達到改善分散性的目的。
小結
納米金剛石拋光液在日本和歐美已在一定范圍內得到了應用,，已開發(fā)出水溶性,、油溶性和氣霧劑的納米金剛石拋光劑。美國,、英國,、德國、日本等國家具備了納米金剛石拋光液的生產能力,，企業(yè)如Engis公司,、All公司等，能夠提供多種類型的拋光產品,。國內在拋光液制備領域的研究起步較晚,，技術水平與國外相比還有一定的差距。
由于目前對單晶4H-SiC晶圓的超精拋光存在效率低,、拋光表面粗糙度高的問題,，很難高效獲得高質量表面，而使用等離子體拋光,、電化學機械拋光等手段雖然可以降低表面粗糙度,，但成本過高，設備要求高,。相較其他手段,，利用紫外光輔助化學機械拋光具有加工成本低、加工效率高的優(yōu)點,，同時利用納米金剛石做磨料,，可以進一步提高加工效率。目前大多只是實現了較大粒徑的分散控制,，獲取的拋光液產品整體粒度尺寸較大,。小粒徑產品，比如單顆粒的納米金剛石分散產品較少,，因此,，開發(fā)更細粒徑、質量穩(wěn)定的納米金剛石拋光液是科研工作者今后研究的方向,。
來源：
孟汝浩：納米金剛石拋光液及SiC晶圓超精拋光技術
靳洪允等：納米金剛石拋光液制備及應用
王沛等：納米金剛石拋光液中磨料的可控性團聚研究現狀
圣戈班官網
（中國粉體網編輯整理/空青）
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