SiC晶型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得SiC材料具有較高硬度與化學(xué)穩(wěn)定性，導(dǎo)致在拋光過程中材料去除率較低，因此探索基于化學(xué)機(jī)械拋光基本工藝的輔助增效手段，對(duì)于實(shí)現(xiàn)SiC材料產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和推廣具有重要的意義。

化學(xué)機(jī)械拋光輔助增效技術(shù)材料去除機(jī)理本質(zhì)是通過輔助增效技術(shù)手段來控制SiC表面較軟氧化層的形成并從力學(xué)上改善SiC氧化層材料的去除方式。目前拋光中的輔助增效手段主要有等離子輔助、催化劑輔助、紫外光輔助和電場(chǎng)輔助。

01等離子輔助工藝

等離子輔助拋光(PlasmaAssistedPolishing，PAP)工藝是通過等離子將表面材料氧化為較軟的氧化層，同時(shí)仍依靠磨料摩擦磨損去除材料的一種輔助化學(xué)機(jī)械拋光。

其基本原理為:通過射頻發(fā)生器(RF)使反應(yīng)氣體（如水蒸氣、O2等）產(chǎn)生含有自由基團(tuán)（如OH自由基團(tuán)、O自由基）的等離子體，具有較強(qiáng)氧化能力的自由基團(tuán)對(duì)SiC材料表面氧化改性，獲得一層較軟的氧化層，然后利用軟磨料（如CeO2、Al2O3等）拋光去除該氧化層，使SiC材料表面達(dá)到原子級(jí)光滑面。

不過在PAP工藝過程中，SiC晶片表面處理是在電離出等離子體產(chǎn)生的活性自由基氧化軟化晶片表層基礎(chǔ)上用軟磨料進(jìn)行機(jī)械去除，故材料去除率(MaterialRemovalRate,MRR)不僅受活性自由基及氧化層生成速率較慢的影響，還受磨料軟質(zhì)性的影響，導(dǎo)致SiC晶片的MRR較低；另外，由于PAP工藝試驗(yàn)設(shè)備價(jià)格和加工的費(fèi)用較高，局限了PAP工藝加工SiC晶片的推廣。

02催化劑輔助工藝

催化劑輔助工藝的材料去除基本機(jī)理主要是在試劑催化作用下，在SiC表層反應(yīng)生成硬度較軟的氧化層，利用磨料的機(jī)械去除作用去除氧化層，以獲得高質(zhì)量表面。

例如采用Fe3O4催化劑和H2O2氧化劑在以金剛石為磨料的化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)下進(jìn)行輔助，可獲得較理想粗糙度的表面。

03紫外光輔助工藝

紫外光催化反應(yīng)是強(qiáng)氧化反應(yīng)之一，其基本原理是利用光催化劑在紫外光的作用下和電子捕捉劑發(fā)生光催化反應(yīng)，產(chǎn)生活性自由基(·OH)。由于OH自由基團(tuán)的氧化性較強(qiáng)，使其在SiC表層發(fā)生氧化反應(yīng)，生成一層較軟的SiO2氧化層，而被軟化的SiO2氧化層更容易被磨料拋光去除；另一方面，氧化層與晶片表面之間結(jié)合強(qiáng)度低于SiC晶片的內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度，降低了磨料在拋光過程中的切削力，減小了在晶片表層上留下的劃痕深度，提高了表面加工質(zhì)量。

04電場(chǎng)輔助工藝

電化學(xué)機(jī)械拋光(ElectrochemicalMechanicalPolis-hing,ECMP)技術(shù)的基本原理是通過在傳統(tǒng)化學(xué)機(jī)械拋光處理時(shí)，對(duì)拋光液施加直流電場(chǎng)，在電化學(xué)氧化下，使得SiC拋光表面形成氧化層，氧化層的硬度顯著降低，利用磨料將軟化后的氧化層進(jìn)行去除，實(shí)現(xiàn)高效的超精密加工處理。

采用這種方法時(shí)，若陽極電流較弱，則加工表面質(zhì)量較好，但材料去除率變化不大；若陽極電流較強(qiáng)，則材料去除率顯著提高，但陽極電流過強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致表面精度下降及多孔現(xiàn)象。由此可見，對(duì)化學(xué)機(jī)械拋光施加外電場(chǎng)進(jìn)行電化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)，試件表層的氧化速率和材料去除率相協(xié)調(diào)的問題，是高效獲得光滑表面的關(guān)鍵點(diǎn)。

總結(jié)：由于化學(xué)和機(jī)械的共同作用，化學(xué)機(jī)械拋光仍是SiC材料最有潛力的平坦化超精密加工方法，由于SiC材料本身具有可加工性差、脆性強(qiáng)及硬度高等不利于加工的特點(diǎn)，現(xiàn)階段SiC材料的化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)仍存在一些問題。新型的化學(xué)機(jī)械拋光輔助增效技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了嘗試和摸索階段，但不同的化學(xué)機(jī)械拋光輔助增效技術(shù)對(duì)SiC材料的影響不同，結(jié)果缺乏可預(yù)見性，各類化學(xué)機(jī)械拋光輔助增效技術(shù)的研究在廣度上和深度上還不夠，未來仍需從拋光原理、材料表面磨削的精確檢測(cè)及優(yōu)化做更深入的探索。