金刚石表面刻蚀技术研究进展

金刚石在量子信息器件、生物医药载体、生物传感器、高性能电极、化学分析传感器等诸多领域具有极大的应用价值,金刚石表面刻蚀技术是实现金刚石上述应用的关键所在。常见的刻蚀技术可根据刻蚀剂的物相分为熔盐刻蚀、气相刻蚀、固相刻蚀、气固相混合刻蚀、等离子刻蚀这五类。熔盐刻蚀是利用熔融离子化合物对金刚石表面进行刻蚀,其刻蚀机理主要是金刚石碳原子的氧化过程。气相刻蚀是利用氧气等气体与金刚石表面发生气固相反应,使金刚石中的碳原子变为一氧化碳等气态化合物进行刻蚀。气固相混合刻蚀主要是以镍、铂等金属作为催化剂,辅助氢气与金刚石发生反应生成甲烷,对金刚石进行刻蚀。固相刻蚀是金刚石合成的逆过程,主要用铁钴镍及其盐对金刚石进行催化石墨化,之后这些金属作为溶剂形成碳固溶体对金刚石进行刻蚀。等离子体刻蚀主要是用氧等离子体与金刚石发生反应,对金刚石进行刻蚀。文章着重介绍了这五种金刚石表面刻蚀技术近年来的研究进展,简要分析了这些技术的原理、特点与用途。

金刚石表面刻蚀研究进展

金刚石具有优异的机械、电、热及化学性能,广泛应用于高效加工、生物传感器、半导体及量子器件等领域,而刻蚀技术对其性能发挥起着重要作用。根据刻蚀剂种类,金刚石刻蚀分为熔盐刻蚀、气相刻蚀、金属刻蚀及金属氧化物刻蚀。熔盐刻蚀借助熔融硝酸盐中产生的高活性氧对金刚石进行选择性腐蚀。气相刻蚀利用气体或等离子体与金刚石反应从而在金刚石表面制备特殊形状的阵列。金属刻蚀分为金属反应刻蚀、金属催化刻蚀和金属催化氢气刻蚀,可用于金刚石磨粒表面微图案化和薄膜表面微纳米孔制备。金属氧化物刻蚀通过氧化物与金刚石之间的氧化还原反应对金刚石进行腐蚀。介绍了以上四大类金刚石刻蚀技术的研究进展、作用原理和应用情况。