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单晶SiC作为第三代半导体材料,因具备禁带宽度大、击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速率高、抗辐射能力强等优越性能,是固态光源和电力电子、微波射频器件的“核芯”,在半导体照明、新一代移动通信、能源互联网、高速轨道交通、新能源汽车、消费类电子等领域有广阔的应用前景。作为重要应用之一,用于外延工艺基片的单晶SiC表面要求超光滑、无缺陷、无表面/亚表面损伤,表面粗糙度达到Ra≤0.3nm,以满足外延膜生长的需要。但单晶SiC的硬度高(莫氏硬度9.2)、硬脆性大、化学稳定性好等原因,高效超精密平坦化加工SiC难度极大,严重制约了SiC半导体器件的应用和发展。本文通过芬顿羟基自由基(·OH)检测试验、SiC氧化反应试验,验证了芬顿反应能够氧化单晶SiC。芬顿反应过程能够生成氧化性极强的氧化剂—羟基自由基,羟基自由基能够与单晶SiC发生化学反应生成氧化层。对氧化层进行XPS物质属性分析发现,该氧化层为Si O2。氧化层的纳米压痕试验表明,Si O2氧化层的硬度和模量远小于原始SiC表面,采用磨粒加工可以很容易去除这层软质氧化层,证实了基于芬顿反应的化学机械抛光方法能够对单晶SiC进行超光滑平坦化加工。从化学影响因素角度,针对芬顿反应生成的羟基自由基浓度及其对SiC化学机械抛光的影响进行了系统的实验研究。比较了羟基自由基浓度对单晶SiC氧化效果的影响,研究了芬顿试剂组份(催化剂种类、Fe2+浓度、p H值、H2O2浓度等)对芬顿反应生成羟基自由基的规律及其对SiC化学机械抛光的影响。研究发现羟基自由基浓度越高,SiC表面生成的氧化层越厚,SiC化学机械抛光效果越好、抛光效率越高。芬顿试剂组份为0.02wt.%FeSO4、5wt.%H2O2、p H3时,芬顿反应生成的羟基自由基浓度较高,并能极大促进SiC化学机械抛光,获得了表面粗糙度Ra0.187nm的超光滑表面。从抛光工艺角度,对磨料种类、磨料浓度、磨粒粒径、抛光压力、抛光转速等工艺参数进行了单因素实验,研究对材料去除率和抛光效果的影响规律。结果发现选择硅溶胶磨料、磨料浓度为20%、磨粒粒径为50nm、抛光压力为0.02Mpa、抛光转速为60r/min时的加工效果最佳,能够获得表面粗糙度Ra≤0.3nm的超光滑表面。在研究基于芬顿反应SiC化学机械抛光的化学因素和工艺参数的基础上,分析了基于芬顿反应的化学机械抛光的材料去除过程,探究了抛光垫的特性、磨损、接触变形的作用机理及其对SiC抛光效果的影响,建立了基于芬顿反应的单晶SiC化学机械抛光材料去除模型,揭示了化学机械抛光机理。芬顿反应生成的羟基自由基能与单晶SiC发生化学反应生成一层软质易去除的Si O2氧化层,氧化层在磨粒的机械摩擦作用下被去除,化学和机械的交替作用最终实现SiC表面的材料去除。