Japonia dezvoltă o nouă tehnologie de tăiere cu laser pentru semiconductorul de diamant

Diamantul este un material promițător pentru industria semiconductoarelor, dar tăierea lui în plachete subțiri poate fi o adevărată durere de cap și o provocare.
Într-un studiu recent, o echipă de cercetători de la Universitatea Chiba a dezvoltat o nouă tehnică bazată pe laser care poate tăia diamantul de-a lungul planului cristalin optim. Această descoperire va contribui la creșterea rentabilității acestui material pentru conversia eficientă a energiei în vehiculele electrice și în tehnologiile de comunicare de mare viteză.
Anterior, deși proprietățile diamantului sunt atractive pentru industria semiconductoarelor, aplicarea materialelor diamantate a fost limitată de lipsa tehnologiei prezente pe piață pentru a tăia eficient diamantul în felii subțiri. În absența unei felii eficiente, napolitanele trebuie sintetizate una câte una, făcând costul lor de fabricație prohibitiv în majoritatea industriilor.
Un grup de cercetare japonez condus de profesorul Hirofumi Hidai de la Școala Absolventă de Inginerie a Universității Chiba a găsit recent o soluție la această problemă.
Într-un studiu publicat recent în jurnalul Diamonds and Related Materials, ei raportează o nouă tehnică de tăiere pe bază de laser care poate fi folosită pentru a tăia curat diamantele de-a lungul suprafeței optime de cristal pentru a produce napolitane netede.
Proprietățile majorității cristalelor, inclusiv ale diamantului, variază de-a lungul diferitelor planuri de cristal (suprafețe care conțin ipotetic atomii care alcătuiesc cristalul). De exemplu, diamantul poate fi tăiat cu ușurință de-a lungul suprafeței lui ｛111｝. Cu toate acestea, felierea ｛100｝ este o provocare, deoarece produce, de asemenea, fisuri de-a lungul suprafeței dezintegrate ｛111｝, ceea ce crește pierderea crestăturii.
Pentru a preveni propagarea acestor fisuri nedorite, cercetătorii au dezvoltat o tehnică de prelucrare a diamantelor care concentrează impulsuri laser scurte pe un volum îngust și conic din material.
Prof. Hidai explică: „Iradierea laser focalizată transformă diamantul în carbon amorf, care are o densitate mai mică decât diamantul. Ca urmare, densitatea zonei modificate de impulsurile laser scade și se pot forma fisuri”.
Prin iradierea acestor impulsuri laser pe un eșantion de diamant transparent într-un model de rețea pătrată, cercetătorii au creat o rețea în interiorul materialului care a constat din regiuni mici predispuse la fisuri. Dacă distanța dintre regiunile modificate din grilă și numărul de impulsuri laser utilizate în fiecare regiune este optimă, toate regiunile modificate sunt conectate între ele prin fisuri mici care se propagă de preferință de-a lungul planului ｛100｝. Astfel, o napolitană netedă cu o suprafață de ｛100｝ poate fi ușor separată de restul blocului prin simpla împingere a unui ac ascuțit de wolfram pe o parte a probei.
În general, tehnica de mai sus este un pas cheie în transformarea diamantului într-un material semiconductor potrivit pentru tehnologiile viitoare. În acest sens, prof. Hidai spune: „Capacitatea bucăților de diamant de a produce napolitane de înaltă calitate la costuri reduse este crucială pentru fabricarea dispozitivelor semiconductoare de diamant. Astfel, această cercetare ne aduce cu un pas mai aproape de realizarea diferitelor aplicații ale diamantului. semiconductori în societate, cum ar fi îmbunătățirea ratei de conversie a puterii mașinilor și trenurilor electrice”.