最近，期刊《Journal of Materials Processing Technology》发表了题为“A highly efficient semi-finishing approach for polycrystalline diamond film via plasma-based anisotropic etching”的论文。博士后刘念和硕士生雷凌为论文共同第一作者，许剑锋教授为论文通讯作者。

等离子体各向异性蚀刻抛光（plasma-AEP）是一种非接触式抛光方法，旨在实现多晶金刚石（PCD）薄膜的高效平坦化，具有高浓度反应自由基的电感耦合等离子体是plasma-AEP的来源。通过扫描电子显微镜(SEM)和白光干涉仪(SWLI)联合原位观察证实，尽管整个表面都受到等离子体的均匀照射，plasma-AEP的平坦化效果是通过优先去除PCD的金字塔形突起结构的顶部区域来实现的。用于PCD的等离子体AEP中的材料去除率可达127 μm/min。Plasma-AEP被证明对厚度为0.5、1和2 mm的PCD薄膜即不同晶粒大小的PCD加工均有效，展示了PCD的通用半精加工方法。原子尺度的NEB计算表明，配位数为1和2的C原子解吸CO和CO2的能垒明显低于配位数为3和4的C原子的能垒。ReaxFF分子动力学模拟表明，在PCD金字塔形突起的顶部区域，等离子体刻蚀过程中，具有较高刻蚀优先级的配位数为1和2的C原子数量占主导地位，导致形成这些突起的C原子优先去除。此外，在plasma-AEP之后添加了接触式抛光以完成PCD薄膜的精加工，从而获得粗糙度为3.4 nm的纳米级光滑表面，透射电子显微镜证实PCD薄膜表面和近表面的晶体结构有序。本研究有助于了解氧等离子体选择性刻蚀PCD的材料去除机理，并且表明plasma-AEP是一种很有前途的PCD薄膜高效半精加工方法，以解决多晶金刚石薄膜粗加工时间长并容易破裂的问题。

等离子体刻蚀多晶金刚石机理

本研究得到了国家自然科学基金(52405477，52225506)的资助。

论文信息：N. Liu, L. Lei, H. Jiang, Y. Zhang, J. Xiao, J. Zhang, X. Chen, J. Xu, K. Yamamura, A highly efficient semi-finishing approach for polycrystalline diamond film via plasma-based anisotropic etching, J. Mater. Process. Technol. 332 (2024) 118578. 

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2024.118578