Japonsko vyvíja novú technológiu rezania laserom pre diamantový polovodič

Diamant je sľubný materiál pre polovodičový priemysel, ale jeho krájanie na tenké plátky môže byť skutočnou bolesťou hlavy a výzvou.
V nedávnej štúdii tím výskumníkov z Chiba University vyvinul novú laserovú techniku, ktorá dokáže rezať diamant pozdĺž optimálnej kryštálovej roviny. Tento objav pomôže urobiť tento materiál nákladovo efektívnejším pre efektívnu premenu energie v elektrických vozidlách a vysokorýchlostných komunikačných technológiách.
Predtým, hoci vlastnosti diamantu sú pre polovodičový priemysel atraktívne, použitie diamantových materiálov bolo obmedzené nedostatkom technológie, ktorá je v súčasnosti na trhu na efektívne rezanie diamantu na tenké plátky. Pri absencii efektívneho krájania sa doštičky musia syntetizovať jeden po druhom, čo spôsobuje, že ich výrobné náklady sú vo väčšine priemyselných odvetví neúmerné.
Japonská výskumná skupina vedená profesorom Hirofumi Hidaiom z Chiba University Graduate School of Engineering nedávno našla riešenie tohto problému.
V štúdii, ktorá bola nedávno publikovaná v časopise Diamonds and Related Materials, uvádzajú novú techniku ​​rezania na báze lasera, ktorú možno použiť na čisté rezanie diamantov pozdĺž optimálneho povrchu kryštálu na výrobu hladkých plátkov.
Vlastnosti väčšiny kryštálov, vrátane diamantu, sa líšia v rôznych kryštálových rovinách (povrchy, ktoré hypoteticky obsahujú atómy tvoriace kryštál). Napríklad diamant možno ľahko rezať pozdĺž povrchu ｛111｝. Krájanie ｛100｝ je však náročné, pretože tiež vytvára trhliny pozdĺž dezintegrovaného povrchu ｛111｝, čo zvyšuje stratu vrubov.
Aby sa zabránilo šíreniu týchto nežiaducich trhlín, výskumníci vyvinuli techniku ​​spracovania diamantov, ktorá zameriava krátke laserové impulzy na úzky, zúžený objem v materiáli.
Prof. Hidai vysvetľuje: "Zamerané laserové ožarovanie premieňa diamant na amorfný uhlík, ktorý má nižšiu hustotu ako diamant. V dôsledku toho sa hustota oblasti zmenenej laserovými impulzmi znižuje a môžu sa vytvárať trhliny."
Ožiarením týchto laserových impulzov na vzorku priehľadného diamantu v štvorcovom mriežkovom vzore vedci vytvorili mriežku vo vnútri materiálu, ktorý pozostával z malých oblastí náchylných na praskliny. Ak je vzdialenosť medzi modifikovanými oblasťami v mriežke a počtom laserových impulzov použitých v každej oblasti optimálna, všetky modifikované oblasti sú navzájom spojené malými trhlinami, ktoré sa prednostne šíria pozdĺž roviny ｛100｝. Hladký plátok s povrchom ｛100｝ teda možno ľahko oddeliť od zvyšku bloku jednoduchým zatlačením ostrej volfrámovej ihly na jednu stranu vzorky.
Celkovo je vyššie uvedená technika kľúčovým krokom pri vytváraní diamantu ako vhodného polovodičového materiálu pre budúce technológie. V tejto súvislosti profesor Hidai hovorí: "Schopnosť diamantových plátkov produkovať vysokokvalitné doštičky pri nízkych nákladoch je rozhodujúca pre výrobu diamantových polovodičových súčiastok. Tento výskum nás teda posúva o krok bližšie k realizácii rôznych aplikácií diamantu. polovodičov v spoločnosti, ako je zlepšenie miery konverzie energie elektrických áut a vlakov.“