基于能量束的金刚石直接和辅助抛光技术

随着半导体技术的快速发展，金刚石以其卓越的性能成为重塑现代工业的主要竞争者。然而，金刚石材料的加工是非常困难的。

对于工业应用，金刚石抛光已开发出机械抛光、动态摩擦抛光和化学机械抛光。然而，上述抛光方法会对表面造成损伤，例如划痕、裂纹和表面下损伤，这限制了金刚石基底在半导体和精密光学应用中的使用。

将能量场引入金刚石加工中是一个好主意。基于能量束的抛光技术利用激光、离子束或等离子体来烧蚀、冲击或修饰金刚石表面。能量束抛光技术包括直接能量束抛光技术和辅助能量束抛光技术。

基于能量束的直接抛光技术包括激光抛光和离子束抛光。基于能量束的辅助抛光技术包括等离子体辅助抛光和激光辅助抛光。这些技术抛光精度高、效率高，可以促进金刚石在现代工业领域的广泛应用。

为深化金刚石抛光技术的综合探索，提高效率和精度，华侨大学研究人员分析了金刚石抛光技术的难点，总结了能量束直接抛光和辅助抛光技术的特点和未来发展方向。

他们总结了四种最新的抛光技术：激光抛光、离子束抛光、等离子体辅助抛光和激光辅助抛光。分析了上述四种最新抛光技术的材料去除机理及影响因素。

这篇发表在《International Journal of Extreme Manufacturing》杂志上的综述系统地总结了各种基于能量束的金刚石直接和辅助抛光技术，如激光抛光、离子束抛光、等离子体辅助抛光和激光辅助抛光。分析了各抛光技术的当前研究进展、材料去除机理以及影响因素。

激光抛光是一种非接触式抛光技术，利用热烧蚀使金刚石表面石墨化，根据表面峰谷之间的高度差选择性地去除金刚石表面的突出物。激光抛光综合了激光加工的优点，实现了高效抛光，但很容易造成金刚石表面的热缺陷。

最近的研究主要集中在通过选择合理的激光器以及调整激光参数和入射角来提高抛光质量。离子束抛光是利用高能离子束或簇轰击金刚石基体或薄膜表面，通过石墨化和非晶化去除突出物。离子束的类型和参数会影响离子束抛光的抛光质量。

等离子体辅助抛光是一种结合化学和机械材料去除的抛光方法，涉及等离子体引发的表面化学反应。这种方法不仅可以获得高质量的表面，而且抛光效率高。等离子体辅助抛光已应用于金刚石、蓝宝石、碳化硅等超硬材料。

基于激光诱导化学反应的激光辅助抛光已成功应用于单晶金刚石、多晶金刚石和金刚石薄膜的抛光。等离子体辅助抛光和激光辅助抛光的主要影响因素是等离子体或激光的类型、反应气体的类型、抛光盘的材料以及抛光界面的接触参数。

目前，通过激光抛光获得的表面粗糙度非常有限。离子束抛光的材料去除率较低，而且离子束的机械冲击很容易损伤金刚石表面。虽然等离子辅助抛光和激光辅助抛光都具有极高的抛光精度，但其材料去除率有限。此外，设备成本较高仍然是制约等离子体辅助抛光和激光辅助抛光在金刚石抛光领域应用的重要因素。

“通过选择合理的激光器类型或调整激光器及加工参数，对提高激光抛光金刚石的表面质量至关重要。通过优化离子参数和入射角，提高离子束抛光的材料去除率，减少表面损伤未来，利用放射性离子束、聚焦离子束、电感耦合等离子体或电子回旋共振等离子体处理获得高质量的金刚石表面是离子束抛光领域的一个重要研究方向通过改变反应气体类型、提高金刚石表面的氧化速率，可以有效提高等离子体辅助抛光和激光辅助抛光的材料去除率，此外，通过改进设备结构来降低成本也有很大作用。具有现实意义。”蒋教授说。

“激光抛光具有较高的材料去除率，而离子束抛光、等离子体辅助抛光和激光辅助抛光具有较高的抛光精度。激光抛光与离子束抛光、等离子体辅助抛光或激光辅助抛光的组合在开发更高效、高质量的抛光技术对于钻石的高精度加工具有重要意义。”