面向单晶SiC基片的单分散纳米金刚石半固结超精密加工技术研究

超硬磨料纳米金刚石是实现单晶SiC基片高效超精密加工的有效途径，本项目针对超精密磨粒加工中超细磨料的团聚和轨迹不可控问题，创新性的提出单分散纳米金刚石半固结超精抛光的新思路。通过高真空加热处理和原位准原子层沉积改性解除纳米金刚石的硬团聚，获得同一化表面防止再团聚，并基于溶胶凝胶原理和无机有机偶联作用制备半固结单分散纳米金刚石柔性抛光垫，源头上解决纳米金刚石超精密加工过程中的分散和把持问题，用于半导体基片单晶SiC 的高效、超精、无损加工。本课题的研究不仅能使纳米金刚石用于各种硬脆性难加工材料的超精抛光，还是纳米金刚石表面改性、SiC单晶超微量去除和超细磨料柔性加工的重要理论探索工作，项目的完成对新一代半导体材料单晶SiC的加工和应用具有巨大的推动作用。

新一代半导体材料单晶SiC具有大的禁带宽度、高饱和电子漂移速度、高热导率、高击穿电场强度、低介电常数和强化学机械稳定性，广泛的被应用于高性能IC芯片和LED白光照明等领域，被认为是第三代半导体的核心材料之一。单晶SiC基片的应用要求其表面超光滑、超平坦、无损伤，其加工质量和精度直接影响到器件的性能。由于单晶碳化硅硬度高耐腐蚀性好，沿用传统的Si晶圆CMP抛光方法不仅效率低且环境污染严重。.本项目基于纳米金刚石表面改性和溶胶凝胶原理制备单分散半固结柔性抛光垫，从源头上解决了超细磨料工具的磨粒团聚和轨迹不可控问题，成功用于半导体基片单晶SiC的高效、超精、无损加工。.高真空加热处理和原位准原子层镀钛能解除纳米金刚石的硬团聚，获得同一化表面并防止再团聚；添加KH550硅烷偶联剂通过有机无机桥连形成化学键，实现纳米金刚石在溶胶凝胶基体中的分散和把持；制成半固结柔性抛光垫加工SiC晶圆，优化工艺参数、控制抛光流程，只需3-4小时即可获得平均粗糙度值为0.3 nm的光滑无损表面。对比游离磨料及固结磨料工具，半固结软抛垫是一种磨粒可控的柔性加工方式，不仅能因磨粒的容没效应实现材料的等量去除，也不存在磨粒团聚和机械损伤的问题。.项目研究中的纳米金刚石表面改性、SiC单晶超微量去除和超细磨料柔性加工，对新一代半导体材料单晶SiC的发展具有巨大的推动作用，也为硬脆性材料加工和纳米粉体表面改性提供理论和实践的共性指导。