人工晶体学报

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：1.河北省激光研究所有限公司，石家庄 050081；2.河北普莱斯曼金刚石科技有限公司，石家庄 050081；3.河北省化学气相沉积金刚石重点实验室，石家庄 050081；4.河北省科学院能源研究所，石家庄 050081

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：河北省科学院科技计划项目(25710)

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 cm2·V-1·s-1），（111）晶面表现出更高的载流子浓度（1.25×1013 cm-2）和更低的方阻（4 400 Ω/sq），（111）晶面可能更有利于制备高性能器件。

来源：2025年第11期

《人工晶体学报》期刊编辑部

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