硅原料充足，加工简单，由此在几十年中成为电子产业的原动力材料。但是硅在高温下容易失效受损，这限制了硅基电子器件的性能和应用领域。单晶金刚石是一种硅的可替代品，但它的问题在于普通的抛光技术很难对其进行加工。

最近，大阪大学的科学家和合作者实现了创举：将一块单晶金刚石晶圆片打磨至接近原子级的平滑度，而这意味着金刚石终于可以取代电子设备中的一些硅元件。

金刚石是自然界中发现的硬度最高的材料，并且在一般条件下不会发生反应，所以化学抛光的效率会非常低下，而用金刚石工具对其进行物理抛光时，表面难免地会受到破坏。该项研究中利用等离子辅助抛光（PAP）技术和改良石英玻璃工具的帮助，对单晶金刚石（SCD）实现了深度抛光。

PAP前后SCD基底表面形貌的变化示意图

据研究报告主要作者Nian Liu称，单晶金刚石在抛光前具有台阶状特征，整体呈现波浪状，平均粗糙度方差为0.66μm，抛光后形貌缺陷消失，表面粗糙度小于0.4nm。此外，研究小组发现，抛光表面的化学性质没有变化。例如，没有检测到石墨，这表明没有受损的碳。从最初的晶圆制备过程中只发现了极少量的氮。利用拉曼光谱分析，晶圆中金刚石线的半峰全宽相同，峰位基本相同。

这一研究进展有助于实现基于单晶金刚石的高性能散热片和功率器件。这些技术将大大减少电力损耗和碳排放，同时提高未来电子设备的性能。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41598-020-76430-6

编译 YUXI