Диамантът е обещаващ материал за полупроводниковата индустрия, но нарязването му на тънки пластини е истинско главоболие и предизвикателство.
В скорошно проучване екип от изследователи вУниверситет Чибаразработен анова лазерна техникакоито могат да режат диаманти по оптималната кристална равнина. Това откритие ще помогне този материал да стане по-рентабилен за ефективно преобразуване на енергия в електрически превозни средства и високоскоростни комуникационни технологии.
Преди това, въпреки че свойствата на диамантите са привлекателни за полупроводниковата индустрия, приложението на диамантените материали беше ограничено от липсата на технология в момента на пазара за ефективно рязане на диаманти на тънки резени. При липса на ефективно нарязване, вафлите трябва да се синтезират една по една, което прави производствените им разходи непосилни в повечето индустрии.
Японска изследователска група, ръководена от професор Хирофуми Хидай от висшето инженерно училище на университета Чиба, наскоро намери решение на този проблем.
В проучване, публикувано наскоро в списанието Diamonds and Related Materials, те съобщават за нова лазерно-базирана техника за рязане, която може да се използва за чисто рязане на диаманти по протежение на оптималната кристална повърхност за получаване на гладки вафли.
Свойствата на повечето кристали, включително диамантите, варират в различни кристални равнини (повърхности, които хипотетично съдържат атомите, които изграждат кристала). Например диамантът може лесно да бъде изрязан по повърхността на ｛111｝. Въпреки това, нарязването ｛100｝ е предизвикателство, защото също така създава пукнатини по протежение на дезинтегрираната повърхност ｛111｝, което увеличава загубата на прорези.
За да се предотврати разпространението на тези нежелани пукнатини, изследователите разработиха техника за обработка на диаманти, която фокусира къси лазерни импулси върху тесен, заострен обем в материала.
Проф. Хидай обяснява: "Фокусираното лазерно облъчване превръща диаманта в аморфен въглерод, който има по-ниска плътност от диаманта. В резултат на това плътността на областта, променена от лазерните импулси, намалява и могат да се образуват пукнатини."
Чрез облъчване на тезилазерни импулсивърху проба от прозрачен диамант в квадратна решетка, изследователите създадоха решетка вътре в материала, която се състоеше от малки области, склонни към пукнатини. Ако разстоянието между модифицираните региони в решетката и броят на лазерните импулси, използвани във всеки регион, е оптимално, всички модифицирани региони са свързани помежду си чрез малки пукнатини, които преференциално се разпространяват по равнината ｛100｝. По този начин, гладка пластина с повърхност ｛100｝ може лесно да бъде отделена от останалата част на блока, като просто натиснете остра волфрамова игла от едната страна на пробата.
Като цяло, горната техника е решаваща стъпка в превръщането на диамантите в подходящ полупроводников материал за бъдещи технологии. В това отношение проф. Хидай казва: „Способността на диамантените резени да произвеждат висококачествени пластини на ниска цена е от решаващо значение за производството на диамантени полупроводникови устройства. По този начин, това изследване ни приближава една стъпка по-близо до реализирането на различните приложения на диаманта полупроводници в обществото, като например подобряване на степента на преобразуване на електроенергия на електрически автомобили и влакове."
