天然金剛石、合成金剛石都存在較高密度的缺陷，缺陷主要分為位錯、孿晶、堆垛層錯等。其中位錯是最為主要的缺陷之一。天然金剛石的位錯密度高達106-107cm-2，而合成金剛石因為制備方法不同，位錯密度在10⁶-10⁷cm^-2。基于金剛石材料進展，越來越多的研究開始關注金剛石材料的位錯表征與分析，探索位錯密度降低方法，揭示缺陷對材料、器件性能的影響。其中利用微波等離子體的選擇性蝕刻可以快速有效的識別金剛石中的位錯類型、密度和分布，是揭示、分析位錯的方法之一。

9月13-14日，“2021中國（南京）功率與射頻半導體技術市場應用峰會（CASICON 2021）”在南京召開。本屆峰會由半導體產業網、第三代半導體產業主辦，并得到了南京大學、第三代半導體產業技術創新戰略聯盟的指導。

 

會上，南砂晶圓研發主任/山東大學副教授彭燕《碳化硅與金剛石單晶襯底技術與產業化研究》的主題報告。報告中介紹，利用MPCVD方法，采用H₂和H₂/O₂氣體刻蝕HTHP Ia、HTHP IIb和MPCVD類型金剛石材料，比較了刻蝕后的表面形貌、刻蝕坑的形成以及刻蝕速率，結果顯示刻蝕速率ER（MPCVD）>ER（HTHP Ib）>ER（HTHP IIa）。

在H₂等離子體中，MPCVD樣品刻蝕活化能44.04±3.05kcal/mol；O/H~2%氣氛下，HTHP Ib活化能數值68.18±6.4kcal/mol，MPCVD活化能數值59.4±5.479Kcal/mol，HTHP IIa活化能數值48.122+2.89Kcal/mol。結果氧氣加入后，刻蝕坑形貌由規則的倒金字塔形狀變得不再規則，且刻蝕坑的深度和尺寸隨著O₂/H₂比例的增加也在增大，即氧氣的參與加快了刻蝕速率，增大了刻蝕活化能。利用XPS進一步分析了微波等離子體刻蝕不同類型金剛石晶體后的化學元素結合狀態以及刻蝕過程中化學反應的動力學和機理，結果表明不同類型的金剛石材料活化能差異與氮元素的存在有關。

并且，通過等離子體刻蝕后的刻蝕坑形貌發現有兩類缺陷存在，一類是由于襯底表面狀態和拋光步驟引入的缺陷，一類是襯底內部固有的缺陷。金剛石表面由于研磨等加工步驟會引入表面損傷。結果顯示等離子體刻蝕法是有效評價金剛石表面加工質量的方法。

 

彭燕，凝聚態物理博士，山東大學副教授/博士研究生導師，廣州南砂晶圓半導體技術有限公司研發中心主任。主要從事寬禁帶半導體材料研究工作，重點研究SiC、金剛石材料的制備、表征及應用研究，先后主持/參與國家基礎研究計劃、973、核高基及自然科學基金項目等10余項，發表SCI論文40余篇，申請/授權專利近30項。