【摘 要】
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CVD单晶金刚石因具有良好的理化性质而在功率器件中得到了广泛的应用,然而单晶金刚石极高的硬度和极佳的化学稳定性使得金刚石的抛光十分困难,阻碍了金刚石在半导体领域中的应用。为了提高单晶金刚石的抛光质量和抛光效率,本文采用第一性原理筛选用于机械化学抛光CVD单晶金刚石的反应磨料,并使用实验对计算结果加以验证。最后探究反应条件对反应的影响。本文首先构建金刚石与金属氧化物反应的模型,并为仿真计算选择合适的
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CVD单晶金刚石因具有良好的理化性质而在功率器件中得到了广泛的应用,然而单晶金刚石极高的硬度和极佳的化学稳定性使得金刚石的抛光十分困难,阻碍了金刚石在半导体领域中的应用。为了提高单晶金刚石的抛光质量和抛光效率,本文采用第一性原理筛选用于机械化学抛光CVD单晶金刚石的反应磨料,并使用实验对计算结果加以验证。最后探究反应条件对反应的影响。本文首先构建金刚石与金属氧化物反应的模型,并为仿真计算选择合适的计算参数。使用该模型和参数研究金刚石与金属间的反应,将计算结果与现有的文献进行对比,验证计算模型和计算参数。使用该模型和参数研究金刚石与金属氧化物间的反应,通过XRD实验和热分析实验验证反应原理和金刚石与金属氧化物反应的难易程度。本文还探究了反应条件对反应的影响,所涉及的反应条件有反应温度,金属元素的价态,和刚石的表面状态。基于以上研究,本文探究了贵金属氧化物与金刚石间的反应。通过仿真计算和热分析实验,本文发现在MnO,FeO,CoO,NiO和CuO五种金属氧化物中,CuO最容易与金刚石发生反应。本文发现升高温度有助于降低金刚石与金属氧化物间的反应能垒。Mn,Fe,Co,Ni四种金属元素的氧化物与金刚石发生反应时,金属氧化物中金属元素的价态越高,越难被金刚石还原成金属单质,而CuO比Cu2O更容易与金刚石发生反应。金刚石的表层非晶化能降低金刚石与金属氧化物间的反应能垒。本文通过仿真与实验发现贵金属氧化物相较于MnO,FeO,CoO,NiO和CuO更容易与金刚石发生反应,因而更适合作为反应磨料抛光金刚石。本文提出了一种使用第一性原理筛选用于机械化学抛光CVD单晶金刚石反应磨料的方法,建了一种模拟金刚石与金属及金属氧化物反应的模型,使用较小的计算量得到了较为准确的计算结果。本文用第一性原理计算的结果指导试验,从而大大减少了抛光磨料筛选的周期和成本,为第三代半导体衬底反应抛光提供了一种新的解决思路。
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