本文为清华大学柴智敏副教授团队撰写发表在《中国表面工程》2025年第38卷第5期的综述论文，题为“单晶金刚石表面平坦化技术的发展与挑战”。

单晶金刚石(SCD)因其优异的物理特性（5.5 eV宽禁带、9.9 MV/cm高击穿电场、22 W/cm·K高热导率）被视为新一代超宽禁带半导体材料。然而，其极高的硬度（莫氏硬度10级）和化学惰性使得实现原子级表面抛光成为制约其集成电路应用的关键瓶颈。

清华大学柴智敏副教授团队在《中国表面工程》2025年第38卷第5期发表综述论文《单晶金刚石表面平坦化技术的发展与挑战》，系统梳理了SCD抛光技术的研究进展，旨在为相关领域研究者提供全面的技术参考和发展方向。

01 引用格式

杨阔, 柴智敏, 戴媛静, 刘宇宏, 路新春. 单晶金刚石表面平坦化技术的发展与挑战[J]. 中国表面工程, 2025, 38(5): 1-33.

YANG Kuo, CHAI Zhimin, DAI Yuanjing, LIU Yuhong, LU Xinchun. Development and Challenges of Surface Planarization Technology for Single Crystalline Diamond[J]. China Surface Engineering, 2025, 38(5): 1-33.

02 创新点

聚焦单晶金刚石这一超宽禁带半导体材料的原子级抛光难题，主要完成了以下工作。其一，系统梳理了机械类、高能束和多场耦合三大类抛光技术的发展路径，深入剖析各类方法的材料去除机理、影响因素及局限性，构建了完整的技术评估体系。其二，通过对比不同技术在表面粗糙度、去除率、亚表面损伤等方面的表现，明确了各类技术的适用场景，为实际应用中的技术选型提供精准参考。其三，针对现有技术无法同时满足亚纳米级精度、低损伤、高速率的瓶颈，提出未来需开发融合多种方法优势的新型技术，强调从宏观到微观的跨尺度调控及多场协同，为推动单晶金刚石在高端芯片制造等领域的应用指明了研究方向。

03 研究方法

采用文献研究与综合分析相结合的方法。首先，系统检索国内外金刚石抛光领域的学术论文、专利及研究报告，涵盖机械类、高能束、多场耦合等三大类技术的相关文献，时间跨度从早期传统方法到最新研究成果，确保资料的全面性和时效性。对收集的文献按技术类型分类，提取关键信息，包括各类抛光方法的材料去除机理、工艺参数（如压力、转速、能量密度等）、性能指标（表面粗糙度、去除率、亚表面损伤深度）及应用场景。通过建立对比分析框架，横向比较不同技术在相同评价维度的表现，纵向梳理同一技术的发展演进，明确各类方法的优势与局限。同时，结合理论分析，探究不同技术参数对抛光效果的影响规律，如机械抛光中硬磨料与表面损伤的关联、高能束抛光中能量输入与热影响区的关系等，构建技术评估体系，为总结现有成果和提出未来方向提供依据。

04 研究结果

单晶金刚石抛光技术已从微纳米级向原子级精度演进，逐步突破传统加工极限。机械抛光领域，MP、USP、DFP等技术在表面粗糙度控制上表现突出，其中USP借助空化效应，去除率较传统MP提升一倍，在粗、精加工阶段均展现更优加工性能。能量束抛光实现非接触式加工，LP适用于粗抛环节，IBP可获得纳米级平整度，PEP在10×10 μm区域内实现0.49 nm的表面粗糙度，拓展了能量束抛光的精度边界。多场耦合技术为超精密抛光带来新突破，如UV辅助CMP通过光催化与机械作用协同，将材料去除率提升至传统CMP的7倍，同时保持0.1 nm级表面质量。当前，实现“原子排列同一晶体平面、无裂纹和亚表面损伤、低粗糙度”的原子级抛光，需跨尺度调控及多场协同，而相关研究为高效低损伤超精密抛光技术及原子级制造实用化、产业化奠定了基础。

05 重要结论

单晶金刚石抛光技术已取得显著进展，从微纳米级迈向原子级精度，机械类、高能束、多场耦合等各类技术在不同场景各有优势，如USP提升了机械抛光效率，PEP拓展了能量束抛光精度，UV辅助CMP实现了高效与高质量的协同。但现有技术仍存在局限，无法同时满足亚纳米级精度、低损伤、高速率的要求，且各类技术在机理认知和参数控制上还有待深化。实现原子级表面抛光并非传统方法的简单延伸，需从宏观到微观的跨尺度调控，结合多场协同作用，这是推动超精密制造及单晶金刚石在集成电路等高端领域应用的关键，相关研究也为该领域的进一步发展奠定了重要基础。

06 课题组简介

论文主创

柴智敏

清华大学副教授、博士生导师、海外高层次青年人才。获国家海外高层次人才引进计划-青年项目、温诗铸枫叶奖-优秀青年学者奖。在Adv. Mater.,Adv. Funct. Mater., Adv. Sci., ACS Nano等期刊发表论文40余篇，在国际会议和重要国内会议上做大会/主旨/特邀报告30余次。主要从事微纳制造领域的研究工作，揭示了外场作用下功能基元定向输运机理，提出了表面能诱导、界面对流诱导等多种定向组装微纳制造新原理与新方法，突破了异质表面同质化处理难题，实现了功能材料图案化、阵列化、高精度、大面积叠层制造，为电子皮肤、感-存-算一体芯片、柔性显示等颠覆性应用奠定基础。

来源：中国表面工程

*声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，宽禁带半导体技术创新联盟转载仅为了传达一种不同的观点，不代表本联盟对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系我们。