中國粉體網(wǎng)訊 近年來，以氮化鋁、氧化鎵、金剛石等為代表的第四代超寬禁帶半導(dǎo)體材料逐漸興起，它們具有超寬禁帶、高電壓擊穿場、高熱導(dǎo)率、低熱膨脹系數(shù)以及耐高溫、抗輻射等特性，在紫外探測、芯片制造、高頻大功率電子器件等領(lǐng)域內(nèi)顯示出傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料無法比擬的優(yōu)勢特性，已成為國際半導(dǎo)體及材料研究和產(chǎn)業(yè)化的熱點(diǎn)。
其中，氮化鋁是極具應(yīng)用潛力的超寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有很多優(yōu)良的性質(zhì)，如其具有熱導(dǎo)率高、禁帶寬度大、化學(xué)性能穩(wěn)定、無毒性以及與硅相匹配的熱膨脹系數(shù)等性能，能夠滿足半導(dǎo)體器件的新需求，被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域中。氮化鋁是紫外/深紫外LED、紫外LD最佳襯底材料，也是高功率、高頻電子器件理想襯底材料。此外，氮化鋁具有優(yōu)良的壓電性、高的聲表面波傳播速度和較高的機(jī)電耦合系數(shù)，是GHz級聲表面波器件的優(yōu)選壓電材料。
與碳化硅單晶生長類似，氮化鋁單晶無法通過熔體法而只能采用物理氣相傳輸（PVT）法進(jìn)行生長。PVT法生長氮化鋁與碳化硅體單晶基本同時(shí)起步于20世紀(jì)70年代。隨著寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)的興起，及氮化鋁優(yōu)異性能與潛在應(yīng)用前景，眾多科研機(jī)構(gòu)及企業(yè)在PVT法制備氮化鋁單晶方面做出了長期不懈努力，但與目前較為成熟的碳化硅等襯底材料相比，氮化鋁單晶生長及其襯底制備具有更高的技術(shù)難度、更高的復(fù)雜性和更高的成本等特點(diǎn)。
作為半導(dǎo)體襯底加工的關(guān)鍵技術(shù)，超精密拋光可以降低晶圓表面粗糙度和亞表面損傷程度。因此，超精密拋光技術(shù)在制備大尺寸、高質(zhì)量、低損傷的晶圓襯底方面發(fā)揮著重要作用。
化學(xué)機(jī)械拋光（Chemical Mechanical Polishing，CMP）技術(shù)具有獨(dú)特的化學(xué)和機(jī)械相結(jié)合的效應(yīng)，是在機(jī)械拋光的基礎(chǔ)上，根據(jù)所要拋光的表面，加入相應(yīng)的化學(xué)試劑，從而達(dá)到增強(qiáng)拋光和選擇性拋光的效果。CMP技術(shù)是從原子水平上進(jìn)行材料去除，從而獲得超光滑和超低損傷表面，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于光學(xué)元件、計(jì)算機(jī)硬盤、微機(jī)電系統(tǒng)、集成電路等領(lǐng)域。同時(shí)，CMP技術(shù)也是超精密設(shè)備向精細(xì)化、集成化和微型化發(fā)展的產(chǎn)物。
但是由于單晶氮化鋁極高的硬度和優(yōu)良的化學(xué)特性，給拋光方面但來了極大的困難，特別是實(shí)現(xiàn)大尺寸、高質(zhì)量、低損傷的單晶氮化鋁晶圓超光滑表面仍然是行業(yè)所面臨的巨大挑戰(zhàn)。例如，在化學(xué)機(jī)械拋光中，材料的去除是通過化學(xué)和機(jī)械綜合作用，加工后的氮化鋁表面容易出現(xiàn)微裂紋，產(chǎn)生亞表面損傷。此外，在拋光工藝中，研磨液易造成污染，需要專門工藝處理，并且磨料容易對拋光墊造成磨損，需要定期對拋光墊修正。目前，用于氮化鋁的磨料、拋光墊種類、拋光工藝不如碳化硅成熟，有待進(jìn)一步深入研究。
研磨拋光技術(shù)在集成電路芯片的制作中具有重要作用，針對高端研磨拋光相關(guān)的技術(shù)、材料、設(shè)備、市場等方面的問題，中國粉體網(wǎng)將于2025年4月16日在河南鄭州舉辦2025第二屆高端研磨拋光材料技術(shù)大會。屆時(shí)，國防科技大學(xué)智能科學(xué)學(xué)院副教授熊玉朋將作題為《大尺寸氮化鋁晶圓表面超精密加工技術(shù)》的報(bào)告，報(bào)告將圍繞大尺寸單晶氮化鋁的加工難題，介紹基于化學(xué)機(jī)械拋光的大尺寸氮化鋁晶圓表面超精密加工的創(chuàng)新解決方案。
專家簡介：
熊玉朋，男，工學(xué)博士，國防科技大學(xué)智能科學(xué)學(xué)院裝備狀態(tài)感知與敏捷保障國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副教授，智能裝備精密工程研究室主任，南湖之光實(shí)驗(yàn)室高能激光技術(shù)部副部長，具有光學(xué)工程與機(jī)械工程的交叉學(xué)科背景，主要是從事復(fù)雜曲面光學(xué)成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)、硬脆材料超精密加工技術(shù)的研究，作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人承擔(dān)省部級以上項(xiàng)目9項(xiàng)，項(xiàng)目總經(jīng)費(fèi)約900萬元，作為項(xiàng)目執(zhí)行人負(fù)責(zé)基礎(chǔ)加強(qiáng)重點(diǎn)項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目，項(xiàng)目總經(jīng)費(fèi)3000萬元，以第一作者或通訊作者身份發(fā)表SCI論文20余篇，申報(bào)國家發(fā)明專利20余項(xiàng)，在國內(nèi)外學(xué)術(shù)會議上作學(xué)術(shù)報(bào)告6次。
參考來源：
[1] 人工晶體學(xué)報(bào)
[2] 潘飛等，氮化鋁陶瓷的超精密加工研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
[3] 孟凡寧等，化學(xué)機(jī)械拋光液的研究進(jìn)展
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山林）
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