近些年来，化学气相沉积（CVD）单晶金刚石在电子学领域的应用令人瞩目，这得益于CVD单晶金刚石在生长技术和半导体掺杂技术上的进展。一直以来，成熟的衬底加工技术是半导体材料得以应用的基础，其中超精密抛光作为晶圆衬底加工的最后一道工序，直接决定了晶圆表面粗糙度和亚表面损伤程度。
目前，金刚石抛光技术主要有机械抛光、热化学抛光、激光抛光和化学机械抛光等，其中化学机械抛光（chemical mechanical polishing，CMP）具有设备运行成本低、工艺简单、抛光后表面损伤小等优点，在金刚石抛光领域逐渐受到重视。
化学机械抛光（CMP）是一种超精密抛光的加工方法，通过在机械抛光过程中加入氧化剂，氧化碳原子提高抛光速率，是一种利用机械与化学氧化协同作用来实现工件表面平坦化的技术。
相比于机械抛光，化学机械抛光对金刚石的损伤更小，常用于CVD单晶和多晶金刚石膜的研究。
在化学机械抛光过程中，氧化剂扮演着至关重要的角色，早期以高温熔融盐作为氧化剂进行抛光。KNO3、NaNO3、LiNO3、KMnO4、K2FeO4、KIO4、K2Cr2O7 和H2O2是常用的氧化剂，其中部分氧化剂需较高的工作温度以达到熔点，如 KNO3熔点为334℃、NaNO3熔点为307℃。H2O2是一种强氧化剂，使用H2O2溶液作为抛光液，在室温下进行化学机械抛光后，可得到原子级光滑的表面。
为了进一步提高抛光效率，使金刚石表面均匀光滑，混合氧化剂走进了大众视野，其中，H2O2及其混合物组成的抛光液成为了金刚石化学抛光的主要选择。例如，先用铁板对金刚石样品抛光2小时，通过热化学抛光，快速去除金刚石表面划痕和损伤，再用铁板在H2O2溶液中对金刚石样品抛光3小时，可得到晶体有序的超光滑表面。该过程基于芬顿（Fenton）反应抛光金刚石，将铁浸入H2O2溶液中，生成亚铁离子（Fe2+），Fe2+与 H2O2反应生成具有强氧化性的•OH，反应过程如下：金刚石的带隙能是 5.45 电子伏特（eV），当受到波长小于 225 纳米（nm）的紫外线照射时，能激发产生空穴和电子对。这些空穴和电子对会迅速与空气中的氧分子（O₂）和水分子（H₂O）发生反应，形成大量的氧原子（O）和羟基自由基（•OH），从而促使金刚石表面发生氧化。基于上述理论基础，科研人员创新性地提出了光催化辅助化学机械抛光法（PCMP）。该方法用紫外光（UV）辐照抛光单晶金刚石，用石英抛光盘对单晶金刚石进行抛光，紫外光可以透过石英抛光盘照射在金刚石表面。光催化辅助化学机械抛光可提高金刚石表面质量，达到纳米级粗糙度。但相比传统的化学机械抛光技术，设备复杂度较高，无法满足大规模生产的需求，需要进一步地研究和优化，以提高其实际应用能力。
目前，随着研究的不断深入，对化学机械抛光材料去除机理的研究从宏观量级转向分子量级。在微观量级尺度上研究化学机械抛光机理的方法有分子动力学仿真、ReaxFF方法等。分子动力学（Molecular Dynamics, MD）模拟凭借其高时间和空间分辨率，能够清晰地呈现出材料去除过程中的微观细节，因而在探究原子层面材料去除机理方面具有独特优势。作为一种综合性的物理模型，分子动力学模拟不仅涵盖了原子的几何构型、速度以及受力等内在信息，还能够依据这些信息深入推导出诸如化学机械抛光过程中原子的运动轨迹、温度变化以及应力分布等关键参数。正因如此，分子动力学模拟在深入研究金刚石化学机械抛光的内在机理时，发挥着不可或缺的重要作用，为我们理解这一复杂提供了过程有力的理论支持和直观的可视化手段。 
众多研究表明，MD可以优化金刚石化学机械抛光工艺参数，为金刚石的化学机械抛光提供理论支持。
在当下，金刚石市场规模正以每年亿美元数的速度持续扩张，其应用范围也不断拓展。在诸多影响因素中，表面质量对金刚石的应用起着至关重要的作用。化学机械抛光凭借诸多显著优势崭露头角，不仅去除率较高，还能实现高表面质量，同时兼具低加工成本，在众多抛光方法中脱颖而出，是一种高效的抛光手段。特别是氢氧化物（H₂O₂）及相关加工方法的应用，更是使金刚石抛光效果得到了质的飞跃。一方面，它能使金刚石表面粗糙度降至亚纳米级，从而获得超光滑且低损伤的理想表面；另一方面，它还有效降低了化学污染，为金刚石的环保加工提供了新的方向。 在材料去除机理方面，金刚石化学机械抛光的的理论研究尚未形成广泛共识。一般认为，在化学机械抛光过程中，材料去除是依靠化学氧化与机械划擦的共同作用。从分子动力学模拟角度研究化学机械抛光的材料去除机理，可以获知金刚石在原子尺度上的摩擦、能量消耗等行为，为实现大面积、原子级精度金刚石衬底材料的制造提供理论基础。
来源 未来产链
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