β-Ga₂O₃原子级平滑表面

120秒达0.057 nm粗糙度

提出一种名为等离子体原子选择性刻蚀（PASE）的新型等离子体干法刻蚀方法，通过显著的横向刻蚀效应，在常压下对难加工的β-Ga₂O₃实现高效、原子级、无损伤抛光，且抛光效果不依赖晶面取向。

Zhang, Yongjie · Yuxi, Xiao · Jianwen, Liang · Zhang, Chun · 邓辉

International Journal of Extreme Manufacturing 2025

具体参数

表面粗糙度（Sa）

0.057 nm

材料去除率

20.96 μm·min⁻¹

台阶边缘原子刻蚀能垒

2.36 eV

平台面原子刻蚀能垒

4.37 eV

技术优势

120秒原子级光滑

PASE在120秒内将β-Ga₂O₃（001）衬底的Sa粗糙度从14.8 nm降至0.057 nm，直接获得原子级光滑表面。

无损伤抛光

PASE的横向刻蚀机制避免了物理轰击造成的亚表面损伤，抛光后β-Ga₂O₃的晶体质量和光致发光强度显著提高。

晶面无关

PASE的抛光效果不依赖β-Ga₂O₃的晶面取向，适用于不同切向的衬底。

超高去除率

材料去除率最高可达20.96 μm·min⁻¹，远超传统抛光方法，大幅缩短加工时间。

应用场景

• 氧化镓功率器件：提供原子级光滑衬底，降低界面态密度，提升器件性能。
• 超精密抛光：实现亚纳米粗糙度，满足超精密表面加工需求。
• 半导体衬底加工：高效去除损伤层，可用于衬底减薄和表面修复。
• 原子级表面制造：实现原子级精度去除，推动原子尺度的加工制造。