Japan razvija novu tehnologiju laserskog rezanja za dijamantski poluprovodnik

Dijamant je obećavajući materijal za industriju poluvodiča, ali njegovo rezanje na tanke pločice može biti prava glavobolja i izazov.
U nedavnoj studiji, tim istraživača sa Univerziteta Chiba razvio je novu lasersku tehniku ​​koja može rezati dijamant duž optimalne kristalne ravni. Ovo otkriće će pomoći da ovaj materijal bude isplativiji za efikasnu konverziju energije u električnim vozilima i komunikacijskim tehnologijama velike brzine.
Ranije, iako su svojstva dijamanta privlačna za industriju poluvodiča, primjena dijamantskih materijala bila je ograničena nedostatkom tehnologije koja je trenutno na tržištu za efikasno rezanje dijamanta na tanke kriške. U nedostatku efikasnog rezanja, oblatne se moraju sintetizirati jednu po jednu, što čini njihov proizvodni trošak previsokim u većini industrija.
Japanska istraživačka grupa koju vodi profesor Hirofumi Hidai sa Fakulteta inženjerskih nauka Univerziteta Čiba nedavno je pronašla rješenje za ovaj problem.
U studiji koja je nedavno objavljena u časopisu Diamonds and Related Materials, oni izvještavaju o novoj laserskoj tehnici rezanja koja se može koristiti za čisto rezanje dijamanata duž optimalne kristalne površine kako bi se dobile glatke oblatne.
Svojstva većine kristala, uključujući dijamant, variraju duž različitih kristalnih ravnina (površine koje hipotetički sadrže atome koji čine kristal). Na primjer, dijamant se može lako rezati duž površine ｛111｝. Međutim, rezanje ｛100｝ je izazovno jer također proizvodi pukotine duž dezintegrirane površine ｛111｝, što povećava gubitak zareza.
Kako bi spriječili širenje ovih nepoželjnih pukotina, istraživači su razvili tehniku ​​obrade dijamanata koja fokusira kratke laserske impulse na uski, suženi volumen unutar materijala.
Profesor Hidai objašnjava: "Fokusirano lasersko zračenje pretvara dijamant u amorfni ugljenik, koji ima nižu gustinu od dijamanta. Kao rezultat toga, gustina područja izmenjenog laserskim impulsima se smanjuje i mogu se formirati pukotine."
Zračenjem ovih laserskih impulsa na uzorak prozirnog dijamanta u obliku kvadratne mreže, istraživači su stvorili mrežu unutar materijala koja se sastojala od malih područja sklonih pucanju. Ako je razmak između modificiranih regija u mreži i broja laserskih impulsa korištenih u svakoj regiji optimalan, svi modificirani regioni su međusobno povezani malim pukotinama koje se prvenstveno šire duž ravnine ｛100｝. Dakle, glatka pločica površine ｛100｝ može se lako odvojiti od ostatka bloka jednostavnim guranjem oštre volframove igle na jednu stranu uzorka.
Sve u svemu, gornja tehnika je ključni korak u pretvaranju dijamanta u prikladan poluvodički materijal za buduće tehnologije. U tom smislu, prof. Hidai kaže: "Sposobnost dijamantskih kriški da proizvedu visokokvalitetne pločice po niskoj cijeni je ključna za proizvodnju dijamantskih poluvodičkih uređaja. Dakle, ovo istraživanje nas dovodi korak bliže realizaciji različitih primjena dijamanata poluvodiča u društvu, kao što je poboljšanje stope konverzije energije električnih automobila i vozova."