Алмаз — перспективный материал для полупроводниковой промышленности, но разрезать его на тонкие пластины — настоящая головная боль и вызов.
В недавнем исследовании группа исследователей изУниверситет Чибаразработалновая лазерная техникакоторый может резать алмазы вдоль оптимальной плоскости кристалла. Это открытие поможет сделать этот материал более рентабельным для эффективного преобразования энергии в электромобилях и высокоскоростных коммуникационных технологиях.
Ранее, несмотря на то, что свойства алмазов были привлекательными для полупроводниковой промышленности, применение алмазных материалов было ограничено отсутствием имеющихся на рынке технологий для эффективной резки алмазов на тонкие срезы. В отсутствие эффективной нарезки пластины должны быть синтезированы одна за другой, что делает стоимость их производства непомерно высокой в большинстве отраслей.
Японская исследовательская группа под руководством профессора Хирофуми Хидай из Высшей школы инженерии Университета Тиба недавно нашла решение этой проблемы.
В исследовании, недавно опубликованном в журнале Diamonds and Related Materials, они сообщают о новом лазерном методе нарезки, который можно использовать для чистой резки алмазов вдоль оптимальной поверхности кристалла для получения гладких пластин.
Свойства большинства кристаллов, в том числе алмазов, варьируются в зависимости от различных кристаллических плоскостей (поверхностей, которые гипотетически содержат атомы, составляющие кристалл). Например, алмаз можно легко разрезать по поверхности ｛111｝. Однако нарезка ｛100｝ является сложной задачей, поскольку она также приводит к образованию трещин вдоль дезинтегрированной поверхности ｛111｝, что увеличивает потери надрезов.
Чтобы предотвратить распространение этих нежелательных трещин, исследователи разработали метод обработки алмазов, который фокусирует короткие лазерные импульсы на узком конусообразном объеме внутри материала.
Профессор Хидай объясняет: «Сфокусированное лазерное излучение превращает алмаз в аморфный углерод, который имеет меньшую плотность, чем алмаз. В результате плотность области, измененной лазерными импульсами, уменьшается, и могут образовываться трещины».
Облучая этилазерные импульсына образец прозрачного алмаза в виде квадратной сетки исследователи создали сетку внутри материала, которая состояла из небольших областей, склонных к растрескиванию. Если расстояние между модифицированными областями в сетке и количество лазерных импульсов, используемых в каждой области, оптимальны, все модифицированные области связаны друг с другом небольшими трещинами, распространяющимися преимущественно вдоль плоскости ｛100｝. Таким образом, гладкую пластину с поверхностью ｛100｝ можно легко отделить от остальной части блока, просто подтолкнув острую вольфрамовую иглу к одной стороне образца.
В целом, описанная выше технология является важным шагом на пути превращения алмазов в полупроводниковый материал, подходящий для будущих технологий. В связи с этим профессор Хидай говорит: «Способность алмазных срезов производить высококачественные пластины по низкой цене имеет решающее значение для изготовления алмазных полупроводниковых устройств. Таким образом, это исследование приближает нас на один шаг к реализации различных применений алмаза. полупроводники в обществе, такие как повышение скорости преобразования энергии в электромобилях и поездах».
