综述：物理化学辅助纳米制造工艺在宽禁带半导体晶圆加工中的应用

这篇综述系统总结了等离子体辅助抛光(PAP)、等离子体原子选择性刻蚀(PASE)、催化剂辅助反应刻蚀(CARE)和电化学机械抛光(ECMP)四种物理化学复合纳米制造技术，重点探讨了它们在SiC、GaN、金刚石等宽禁带半导体(wide-bandgap semiconductor)晶圆原子级平滑加工中的机理优势，为下一代半导体器件的表面精密制造提供了理论指导和实践方案。

　　

宽禁带半导体材料的精密加工革命

等离子体辅助纳米制造

作为第四态物质的等离子体凭借高能量密度和局部选择性成为创新性加工工具。等离子体辅助抛光(PAP)通过"等离子体化学改性+机械去除"的协同机制，可分为直接辐照工件的改性型PAP和活化抛光盘的键合型PAP。改性型PAP利用含OH^·（氧化电位2.8V）或F^·（3.03V）的等离子体将4H-SiC表面转化为4.5GPa的软质氧化层，再用CeO₂磨石去除，最终获得0.14nm的S_q粗糙度。键合型PAP则通过O^·活化石英抛光盘形成Si-O-C键，实现单晶金刚石(SCD)0.36nm的原子级抛光。

等离子体原子选择性刻蚀(PASE)

PASE采用大气压感应耦合等离子体(ICP)，在1453.9°C高温下通过F^·/O^·自由基的横向刻蚀效应（V_S?V_T），使4H-SiC表面粗糙度在5分钟内从92.3nm降至0.05nm。密度泛函理论(DFT)计算证实，台阶边缘原子(S-atom)的刻蚀能垒(2.36eV)比台面原子(T-atom)低4.47eV，这种选择性刻蚀机制是原子级平滑表面形成的关键。

电化学机械精密加工

ECMP通过阳极氧化在SiC表面生成多孔SiO₂层（反应价态z≈7），再用软质磨料去除。固定磨料ECMP采用CeO₂ vitrified磨石，在10mA/cm²电流密度下实现23μm/h的材料去除率(MRR)和1.352nm的S_a。应变辅助ECMP利用超声振动诱导表面应变，使氧化速率提升4.5倍。

催化剂辅助原子制造

催化剂辅助反应刻蚀(CARE)利用Pt催化水分子解离产生的OH^·切断4H-SiC台阶边缘Si原子的背键（能垒0.79eV），在无磨料条件下获得0.064nm的原子级表面。光电压辅助CARE将GaN(0001)的去除速率提升至1000nm/h，使器件反向漏电流降低一个数量级。

未来展望

原子与近原子尺度制造(ACSM)正推动第三代半导体向制造III范式发展。多尺度建模、智能装备开发和人工智能(AI)融合将成为实现原子精度可控制造的关键，而表面缺陷控制（如4H-SiC栅氧可靠性相关的台阶聚集）仍是高功率器件性能突破的核心挑战。