在“SEMICON Japan 2022”（2022 年 12 月 14 日至 16 日，東京國際展示場）上，首次舉辦了“學(xué)術(shù)獎(jiǎng)”，以表彰有前途的大學(xué)/研究生院半導(dǎo)體研究。最高獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給大阪大學(xué)Yamamura實(shí)驗(yàn)室，有望成為下一代功率半導(dǎo)體的 SiC（碳化硅）和 GaN（氮化鎵），以及可高效無變形地拋光金剛石基板的等離子/電化學(xué)加工工藝。

       Yamamura 實(shí)驗(yàn)室的獲獎(jiǎng)研究是等離子/電化學(xué)加工技術(shù)，用于對脆性材料進(jìn)行高效和無變形的拋光，如SiC和GaN（預(yù)計(jì)將被用作下一代節(jié)能功率器件的半導(dǎo)體）和金剛石基板（可用作散熱器）。

       GaN有望成為下一代功率器件的半導(dǎo)體，但如果使用現(xiàn)有的硅作為散熱材料，由于其熱導(dǎo)率低和溫度高，器件的性能和可靠性都有問題。實(shí)驗(yàn)室成員、大阪大學(xué)工程研究生院助理教授Rong-Sen Son說："從以前的研究中得知，使用金剛石作為散熱材料可以將溫升降低到六分之一，將功耗降低到十分之一。然而，傳統(tǒng)的拋光/加工方法需要30多個(gè)小時(shí)，占制造工藝成本的50%，而且金剛石是世界上最硬的材料，因此很難加工"。

       根據(jù)該實(shí)驗(yàn)室的說法，在拋光金剛石時(shí)，傳統(tǒng)上使用的是刀盤拋光或 CMP（化學(xué)機(jī)械拋光）。然而，在刀盤拋光中，基底表面因高壓而受損，并存在金剛石因高壓而變成石墨等問題。另外，CMP拋光使用強(qiáng)氧化劑，因此非常昂貴，對環(huán)境影響大，加工率低。因此，實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了等離子輔助拋光技術(shù)（PAP），利用等離子軟化基板表面，并對軟化層進(jìn)行拋光。

       關(guān)于 PAP，同一實(shí)驗(yàn)室的研究員 Sota Sugihara 解釋說，“因?yàn)?PAP 拋光軟化表面，所以不太可能被劃傷，并且可以以高效率和成本水平進(jìn)行平坦化。” 實(shí)際上，當(dāng)用PAP拋光20mm見方的單晶金剛石基板時(shí)，約100μm的大起伏被平坦化為約0.5μm的起伏。Sugihara 先生說：“當(dāng)我們通過拉曼光譜分析確認(rèn)結(jié)晶狀態(tài)時(shí)，PAP 沒有將金剛石變成石墨或破壞晶體結(jié)構(gòu)，它具有足夠的性能作為散熱基板投入實(shí)際使用。”

       該實(shí)驗(yàn)室表示，“我們也在針對GaN進(jìn)行類似的PAP研究。我們將繼續(xù)開發(fā)自己的等離子輔助拋光技術(shù)，旨在通過高效、高效的拋光技術(shù)為早日實(shí)現(xiàn)脫碳社會(huì)做出貢獻(xiàn)。” 

       值得一提的是，Yamamura 實(shí)驗(yàn)室還通過電化學(xué)機(jī)械拋光 (ECMP)，將硬、脆、難加工的導(dǎo)電材料表面通過陽極氧化軟化，改性層被軟而固定的磨粒去除，不會(huì)造成損傷。使用陽極氧化的高效表面改性。由于它是無漿料且使用中性電解質(zhì)，因此成本低。與現(xiàn)有的CMP相比，該裝置簡單，可以拋光半導(dǎo)體材料，例如 SiC 和 GaN，以及包括碳化鎢 (WC) 在內(nèi)的硬質(zhì)合金。