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金刚石原子级无损伤表面的多物理场耦合抛光

  • 摘要: 金刚石以其在极端环境(如高温、高压和强腐蚀条件)下的高稳定性而闻名,这使其在量子器件、高功率光学系统和超高频电子器件中展现出不可替代的优越性能。然而,其固有的脆性、材料去除的困难性以及加工过程中易受损的特性严重限制了其实际应用。生长态金刚石表面固有的粗糙性要求进行精密抛光,以获得具有纳米级粗糙度、亚微米级面形精度和最小亚表面损伤的超光滑、无损伤表面。本文系统综述了最先进的金刚石抛光技术,重点讨论了实现亚纳米级粗糙度和无损伤表面所面临的挑战,特别强调了对原子级表面完整性的需求。讨论涵盖了激光抛光(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、动摩擦抛光(DFP)、化学机械抛光(CMP)、紫外辅助抛光(UVAP)、等离子体辅助抛光(PAP)、激光辅助抛光(LAP)、超声辅助抛光(UAP)及其他主要技术。通过解构这些技术方法,识别出四种基本的材料去除机制,即微破碎、石墨化、氧化、物理溅射和化学刻蚀。这表明,混合、多物理场抛光策略能够有效平衡材料去除率(可达数μm·h-1)和表面质量(降至亚纳米级),优于传统的单场技术。最后,本文展望了未来方向,强调了多物理场耦合机制创新和原子级制造过程智能控制的重要性,从而为克服原子精度、效率和极端服役条件之间的耦合挑战提供理论指导和技术路径。

     

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