Japonska razvija novo tehnologijo laserskega rezanja za diamantne polprevodnike

Diamant je obetaven material za industrijo polprevodnikov, a njegovo rezanje na tanke rezine je lahko pravi glavobol in izziv.
V nedavni študiji je skupina raziskovalcev na Univerzi Chiba razvila novo lasersko tehniko, ki lahko reže diamant vzdolž optimalne kristalne ravnine. To odkritje bo pomagalo narediti ta material stroškovno učinkovitejši za učinkovito pretvorbo energije v električnih vozilih in hitrih komunikacijskih tehnologijah.
Prej, čeprav so bile lastnosti diamanta privlačne za industrijo polprevodnikov, je bila uporaba diamantnih materialov omejena zaradi pomanjkanja tehnologije, ki je trenutno na trgu za učinkovito rezanje diamanta na tanke rezine. Ker ni učinkovitega rezanja, je treba rezine sintetizirati enega za drugim, zaradi česar so njihovi proizvodni stroški v večini industrij previsoki.
Japonska raziskovalna skupina, ki jo vodi profesor Hirofumi Hidai s podiplomske šole za inženiring Univerze Chiba, je nedavno našla rešitev za ta problem.
V študiji, nedavno objavljeni v reviji Diamonds and Related Materials, poročajo o novi laserski tehniki rezanja, ki jo je mogoče uporabiti za čisto rezanje diamantov vzdolž optimalne kristalne površine za izdelavo gladkih rezin.
Lastnosti večine kristalov, vključno z diamantom, se razlikujejo po različnih kristalnih ravninah (površinah, ki hipotetično vsebujejo atome, ki sestavljajo kristal). Na primer, diamant je mogoče zlahka rezati po površini ｛111｝. Vendar pa je rezanje ｛100｝ izziv, ker povzroči tudi razpoke vzdolž razpadle površine ｛111｝, kar poveča izgubo zareze.
Da bi preprečili širjenje teh nezaželenih razpok, so raziskovalci razvili tehniko obdelave diamantov, ki osredotoča kratke laserske impulze na ozko, zoženo prostornino znotraj materiala.
Profesor Hidai pojasnjuje: "Fokusirano lasersko obsevanje pretvori diamant v amorfni ogljik, ki ima nižjo gostoto kot diamant. Posledično se gostota območja, ki ga spremenijo laserski impulzi, zmanjša in lahko nastanejo razpoke."
Z obsevanjem teh laserskih impulzov na vzorec prozornega diamanta v vzorcu kvadratne mreže so raziskovalci ustvarili mrežo znotraj materiala, ki je bila sestavljena iz majhnih regij, nagnjenih k razpokam. Če je razmik med modificiranimi območji v mreži in število laserskih impulzov, uporabljenih v vsaki regiji, optimalen, so vsa modificirana področja med seboj povezana z majhnimi razpokami, ki se prednostno širijo vzdolž ravnine ｛100｝. Tako lahko gladko rezino s površino ｛100｝ zlahka ločite od preostalega bloka tako, da preprosto potisnete ostro volframovo iglo na eno stran vzorca.
Na splošno je zgornja tehnika ključni korak pri ustvarjanju diamanta kot primernega polprevodniškega materiala za prihodnje tehnologije. V zvezi s tem prof. Hidai pravi: "Zmožnost diamantnih rezin za proizvodnjo visokokakovostnih rezin po nizki ceni je ključnega pomena za izdelavo diamantnih polprevodniških naprav. Tako nas ta raziskava pripelje korak bližje k uresničitvi različnih aplikacij diamanta polprevodnikov v družbi, kot je izboljšanje stopnje pretvorbe električne energije električnih avtomobilov in vlakov."