芯耀
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随着半导体器件向高功率、高密度和小型化发展，硅、碳化硅和氮化镓衬底材料已逐渐逼近性能极限，而金刚石具有众多优异的特性，被视为“终极半导体材料”。
针对金刚石原子级无损伤加工的挑战，近期，香港理工大学张志辉教授课题组联合天津大学房丰洲教授、中山大学黄晗教授在SCI期刊《International Journal of Extreme Manufacturing》上发表题为“Multi-physical field coupling polishing of diamond for atomic-scale damage-free surface”的综述文章，系统梳理金刚石抛光技术与去除机制，提出多物理场耦合结合AI的发展方向，为原子级抛光提供重要参考。
聚焦MPCVD生长金刚石的粗糙表面难题。传统单一场抛光难以平衡去除率与表面完整性，而多物理场耦合策略通过激光、离子束、等离子体、紫外光、超声等协同，实现亚纳米粗糙度与原子级无损伤表面，为量子器件、高功率光学及超高频电子应用开辟路径。
文章系统梳理现阶段主要抛光方法：激光抛光（LP）、机械抛光（MP）、离子束抛光（IBP）、气体团簇离子束抛光（GCIBP）、等离子体抛光、动态摩擦抛光（DFP）、化学机械抛光（CMP）、紫外辅助（UVAP）、等离子体辅助（PAP）、激光辅助（LAP）及超声辅助（UAP）。在对比分析基础上，将金刚石去除归纳为微断裂、石墨化、氧化及物理/化学蚀刻四大机制。多物理场协同策略显著提升效率并抑制损伤，实现原子级平坦化。
金刚石抛光技术体系：材料去除机制、抛光方法及未来展望
多物理场耦合技术是核心亮点。UVAP激发·OH自由基加速氧化，MRR可达1 µm·h⁻¹；PAP利用活性粒子软化表面后再机械去除，实现近零损伤原子级平坦；LAP先激光诱导石墨化再机械清除，粗加工效率大幅提高；UAP借助空化效应增强磨粒冲击，5分钟内将PCD粗糙度从5 µm降至0.5 µm。这些混合工艺通过热-力-化学-等离子体多场协同，平衡高效去除与晶格完整性。
总结与展望
金刚石抛光技术已从工艺改进迈向科学机制主导的研究范式。要实现真正无损伤、原子级可控表面，仍需三方面突破：
首先，在原子尺度去除机制认知上，AI与原位TEM结合推动经验驱动向机理驱动转变，通过强化学习、MD模拟与自适应控制，实现界面反应、应力演化精准调控。
其次，在加工方法上，多物理场耦合策略成为核心，如飞秒激光-摩擦混合、等离子体辅助原子重构，可保证效率并实现原子层级可控去除及自校正能力。
最后，在损伤检测上，机器学习与多模态表征提升缺陷识别精度，基于生成模型的数据增强实现微纳裂纹高可靠自动判定。
金刚石加工正迈向原子级精确调控，其发展依赖摩擦化学、量子材料、计算模拟与智能制造跨学科融合。随着关键瓶颈突破，金刚石将成为原子器件基底，并推动超硬材料体系进入原子尺度加工时代。该综述为极端制造提供理论依据与技术路线图，具有重要指导意义。
