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作者：刘晓晨;姜龙;张新;葛新岗;李义锋;安晓明;郭辉;孙振路;张利辉;
单位：河北省激光研究所有限公司;河北普莱斯曼金刚石科技有限公司;河北省化学气相沉积金刚石重点实验室;河北省科学院能源研究所;
摘要：金刚石晶体性能与其晶向密切相关，不同晶向的原子排列和化学键分布差异导致物理、化学及电学性能呈现各向异性。本研究通过微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）技术生长单晶金刚石，经激光切割获得（100）、（110）、（111）晶面金刚石片，晶面取向偏差控制在1.2°以内。从材料加工和氢化处理两方面对比分析发现：氢氧等离子体刻蚀中，（100）晶面呈现方形刻蚀坑，（110）晶面形成四面体山丘状形貌，（111）晶面为三角形刻蚀坑。拉曼及光致发光光谱表明，不同晶面样品质量均匀，应力较小。抛光实验表明，材料去除率随载荷增加而升高，在2.0 N/mm2载荷下，（100）晶面抛光去除率分别为（110）晶面的1.1倍和（111）晶面的17.7倍；表面粗糙度随载荷增加呈现先降低后升高的趋势，当载荷为1.5 N/mm2时，（111）晶面粗糙度低至0.118 nm，显著优于（100）面（0.934 nm）和（110）面（0.708 nm）。研究表明：在特定氢化工艺下，降低样品的表面粗糙度有助于改善样品的氢化性能，（100）晶面具有更高的载流子迁移率（103 cm~2·V~(-1)·s~(-1)）,(111)晶面表现出更高的载流子浓度（1.25×10~(13) cm~(-2)）和更低的方阻（4 400Ω/sq）,(111)晶面可能更有利于制备高性能器件。
关键词：金刚石;;MPCVD;;激光切割;;晶面取向;;抛光去除率;;表面粗糙度;;氢化处理
基金资助：河北省科学院科技计划项目(25710)
