摘要:

综述 ● 开放获取阅读更多

1.文章导读

随着半导体器件向高功率、高密度和小型化发展，硅、碳化硅和氮化镓衬底材料已逐渐逼近性能极限，而金刚石具有众多优异的特性，被视为“终极半导体材料”。针对金刚石原子级无损伤加工的挑战，近期，香港理工大学张志辉教授课题组联合天津大学房丰洲教授、中山大学黄含教授在SCI期刊《极端制造（英文）》期刊上发表了题为《迈向原子级平滑的金刚石表面：多物理场耦合抛光的进展与挑战》的综述文章，综述了金刚石原子级抛光技术和去除机制，提出了多物理场耦合抛光结合AI技术的发展方向，为实现金刚石原子级抛光提供了重要参考。

2. 图文解析

图1展示了当前金刚石抛光技术的整体体系框架，包括材料去除机制、抛光方法及未来发展方向。本文系统梳理了现阶段金刚石的主要抛光方法，并重点讨论实现原子级无损伤表面的关键技术路线。本文涵盖了激光抛光（LP）、机械抛光（MP）、离子束抛光（IBP）、气体团簇离子束抛光（GCIBP）、等离子体抛光、动态摩擦抛光（DFP）、化学机械抛光（CMP）、紫外光辅助（UVAP）、等离子体辅助（PAP）、激光辅助（LAP）以及超声辅助（UAP）抛光等核心方法。在对各类方法进行对比分析的基础上，将金刚石去除归纳为四类基本机制：微破碎去除、石墨化去除、氧化去除，以及物理/化学蚀刻去除。在此基础上，文章进一步讨论了多物理场协同加工策略的优势，其能够在提高材料去除效率的同时有效抑制表面损伤，实现原子级平坦化加工。最后，展望了未来的发展趋势，包括多场耦合机制的深入揭示、原位表征驱动的过程认知提升，以及人工智能助力的加工过程自适应调控，为实现原子级无损伤加工提供了理论依据与技术参考。

图1 金刚石抛光技术体系：材料去除机制、抛光方法及未来展望。

3. 总结与展望

金刚石抛光技术的发展已从工艺改进迈向科学机制主导的研究范式。要实现真正无损伤、原子级可控的表面，仍需在三方面突破：

首先，在原子尺度去除机制认知方面，人工智能与原位透射电镜（TEM） 技术的结合将推动从经验驱动加工向机理驱动设计转变，通过AI强化学习、分子动力学（MD） 模拟与自适应控制策略，实现对界面反应、应力演化和去除路径的精准调控。

其次，在加工方法体系方面，多物理场耦合策略预计成为核心方向，如飞秒激光-摩擦混合加工、等离子体辅助原子重构等，可在保证效率的同时实现原子层级的可控去除，并具备自校正与磨损补偿能力。

最后，在损伤检测与质量评估方面，机器学习与多模态表征技术将提升表面与亚表面缺陷识别精度，基于生成模型的数据增强和多源信号融合，有望实现对微纳裂纹的高灵敏度、高可靠度自动判定。金刚石加工正逐步迈向原子级精确调控，其发展将依赖摩擦化学、量子材料、计算模拟与智能制造的跨学科融合。随着这些关键瓶颈逐步突破，金刚石或将成为真正意义上的原子器件基底，同时也有望推动超硬材料体系迈入原子尺度加工时代。