Japan razvija novu tehnologiju laserskog rezanja za dijamantne poluvodiče

Dijamant je materijal koji obećava za industriju poluvodiča, ali njegovo rezanje na tanke pločice može biti prava glavobolja i izazov.
U nedavnoj studiji, tim istraživača sa Sveučilišta Chiba razvio je novu lasersku tehniku ​​koja može rezati dijamant duž optimalne kristalne ravnine. Ovo će otkriće pomoći da ovaj materijal postane isplativiji za učinkovitu pretvorbu energije u električnim vozilima i komunikacijskim tehnologijama velike brzine.
Ranije, iako su svojstva dijamanta privlačna industriji poluvodiča, primjena dijamantnih materijala bila je ograničena nedostatkom tehnologije koja je trenutno na tržištu za učinkovito rezanje dijamanta na tanke kriške. U nedostatku učinkovitog rezanja, vafli se moraju sintetizirati jedan po jedan, čineći njihov proizvodni trošak previsokim u većini industrija.
Japanska istraživačka grupa predvođena profesorom Hirofumijem Hidaiem s Fakulteta inženjerstva Sveučilišta Chiba nedavno je pronašla rješenje za ovaj problem.
U studiji nedavno objavljenoj u časopisu Diamonds and Related Materials, izvješćuju o novoj tehnici rezanja temeljenoj na laseru koja se može koristiti za čisto rezanje dijamanata duž optimalne površine kristala za proizvodnju glatkih ploča.
Svojstva većine kristala, uključujući dijamant, variraju duž različitih kristalnih ravnina (površina koje hipotetski sadrže atome koji čine kristal). Na primjer, dijamant se može lako rezati duž površine ｛111｝. Međutim, rezanje ｛100｝ je izazovno jer također stvara pukotine duž dezintegrirane površine ｛111｝, što povećava gubitak zareza.
Kako bi spriječili širenje ovih nepoželjnih pukotina, istraživači su razvili tehniku ​​obrade dijamanta koja fokusira kratke laserske impulse na uski, suženi volumen unutar materijala.
Profesor Hidai objašnjava: "Fokusirano lasersko zračenje pretvara dijamant u amorfni ugljik, koji ima manju gustoću od dijamanta. Kao rezultat toga, gustoća područja promijenjenog laserskim impulsima se smanjuje i mogu nastati pukotine."
Ozračivanjem ovih laserskih impulsa na uzorku prozirnog dijamanta u obliku kvadratne mreže, istraživači su stvorili mrežu unutar materijala koja se sastojala od malih područja sklonih pukotinama. Ako je razmak između modificiranih područja u mreži i broj laserskih impulsa korištenih u svakom području optimalan, sva modificirana područja međusobno su povezana malim pukotinama koje se prvenstveno šire duž ravnine ｛100｝. Stoga se glatka pločica s površinom od ｛100｝ može lako odvojiti od ostatka bloka jednostavnim guranjem oštre volframove igle na jednu stranu uzorka.
Sve u svemu, gornja tehnika je ključni korak u stvaranju dijamanta prikladnim poluvodičkim materijalom za buduće tehnologije. S tim u vezi, prof. Hidai kaže: "Sposobnost dijamantnih kriški za proizvodnju visokokvalitetnih pločica po niskoj cijeni ključna je za izradu dijamantnih poluvodičkih uređaja. Stoga nas ovo istraživanje dovodi korak bliže realizaciji različitih primjena dijamanta poluvodiča u društvu, kao što je poboljšanje stope pretvorbe energije električnih automobila i vlakova."