Japonsko vyvíjí novou technologii řezání laserem pro diamantový polovodič

Diamant je slibný materiál pro polovodičový průmysl, ale jeho krájení na tenké plátky může být skutečnou bolestí hlavy a výzvou.
V nedávné studii tým výzkumníků z Chiba University vyvinul novou laserovou techniku, která dokáže řezat diamant podél optimální krystalové roviny. Tento objev pomůže učinit tento materiál nákladově efektivnější pro účinnou přeměnu energie v elektrických vozidlech a vysokorychlostních komunikačních technologiích.
Dříve, ačkoli vlastnosti diamantu jsou pro polovodičový průmysl atraktivní, použití diamantových materiálů bylo omezeno nedostatkem technologie, která je v současnosti na trhu k efektivnímu řezání diamantu na tenké plátky. Při absenci účinného krájení musí být oplatky syntetizovány jeden po druhém, takže jejich výrobní náklady jsou ve většině průmyslových odvětví příliš vysoké.
Japonská výzkumná skupina vedená profesorem Hirofumi Hidai z Chiba University Graduate School of Engineering nedávno našla řešení tohoto problému.
Ve studii nedávno publikované v časopise Diamonds and Related Materials uvádějí novou laserovou techniku ​​krájení, kterou lze použít k čistému řezání diamantů podél optimálního povrchu krystalu, aby se vytvořily hladké plátky.
Vlastnosti většiny krystalů, včetně diamantu, se liší v různých krystalových rovinách (povrchy, které hypoteticky obsahují atomy tvořící krystal). Například diamant lze snadno řezat podél povrchu ｛111｝. Avšak řezání ｛100｝ je náročné, protože také vytváří trhliny podél rozpadlého povrchu ｛111｝, což zvyšuje ztrátu vrubu.
Aby se zabránilo šíření těchto nežádoucích trhlin, výzkumníci vyvinuli techniku ​​zpracování diamantů, která zaměřuje krátké laserové pulsy na úzký, zúžený objem v materiálu.
Prof. Hidai vysvětluje: "Zaměřené laserové ozařování převádí diamant na amorfní uhlík, který má nižší hustotu než diamant. V důsledku toho se hustota oblasti změněné laserovými pulzy snižuje a mohou se tvořit trhliny."
Ozářením těchto laserových pulzů na vzorek průhledného diamantu ve čtvercovém mřížkovém vzoru vytvořili vědci uvnitř materiálu mřížku, která se skládala z malých oblastí náchylných k prasklinám. Pokud je vzdálenost mezi modifikovanými oblastmi v mřížce a počet laserových pulsů použitých v každé oblasti optimální, všechny modifikované oblasti jsou navzájem spojeny malými trhlinami, které se přednostně šíří podél roviny ｛100｝. Hladký plátek s povrchem ｛100｝ lze tedy snadno oddělit od zbytku bloku pouhým zatlačením ostré wolframové jehly na jednu stranu vzorku.
Celkově je výše uvedená technika klíčovým krokem k tomu, aby se diamant stal vhodným polovodičovým materiálem pro budoucí technologie. V tomto ohledu prof. Hidai říká: "Schopnost diamantových plátků vyrábět vysoce kvalitní destičky za nízkou cenu je zásadní pro výrobu diamantových polovodičových součástek. Tento výzkum nás tedy přivádí o krok blíže k realizaci různých aplikací diamantu polovodičů ve společnosti, jako je zlepšení konverzního poměru energie elektrických automobilů a vlaků."