几十年来，硅一直是电子产品的主力军，因为它不仅是一种常见的元素，易于加工，而且还具备良好的电子特性。硅的唯一局限性就是高温会损坏它，这限制了硅基电子产品的运行速度。那么，经过新型抛光方法的单晶金刚石能否经受重重考验，成为硅的最新替代品？最近发表在《Scientific Reports》上的一项研究中，研究人员将单晶金刚石晶圆打磨成近乎原子级的光滑。这一过程将有助于帮助金刚石取代电子设备中的部分硅元件。
金刚石是已知最坚硬的物质，基本上不与化学物质发生反应。用同样坚硬的工具对其进行抛光会损坏表面，而传统的抛光方法化学反应缓慢。在这项研究中，研究人员实质上是先改造石英玻璃表面，然后用改造后的石英玻璃工具对金刚石进行抛光。抛光前的单晶金刚石，有许多台阶状特征，整体呈波浪形，平均均方根粗糙度为0.66微米。抛光后，结构缺陷消失了，表面粗糙度也大大降低，只有0.4纳米。“抛光将表面粗糙度降低到接近原子的光滑度，”研究人员说。“表面没有划痕，就像机械平滑方法中看到的那样。”此外，研究人员还证实，抛光后的表面没有发生化学变化。例如，他们没有检测到石墨，因此，没有损坏的碳。唯一检测到的杂质是来自原始晶圆制备的极少量氮气。“使用拉曼光谱，晶片中金刚石线的半峰全宽是相同的，并且峰的位置几乎是相同的。”作者说，“其他抛光技术与纯金刚石有明显偏差。”
通过这项研究开发，现在可以实现基于单晶金刚石的高性能功率器件和散热器。这种技术将大大降低未来电子设备的功耗和碳投入，提高性能。
图1 抛光前后的单晶金刚石
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