Япония разрабатывает новую технологию лазерной резки алмазных полупроводников

Алмаз — многообещающий материал для полупроводниковой промышленности, но нарезка его на тонкие пластины может стать настоящей головной болью и проблемой.
В недавнем исследовании группа исследователей из Университета Тиба разработала новую лазерную технику, которая позволяет резать алмаз по оптимальной кристаллической плоскости. Это открытие поможет сделать этот материал более экономичным для эффективного преобразования энергии в электромобилях и технологиях высокоскоростной связи.
Раньше, хотя свойства алмаза были привлекательными для полупроводниковой промышленности, применение алмазных материалов было ограничено отсутствием на рынке технологий, позволяющих эффективно разрезать алмаз на тонкие ломтики. Из-за отсутствия эффективного нарезки пластины приходится синтезировать одну за другой, что делает стоимость их производства непомерно высокой в ​​большинстве отраслей промышленности.
Японская исследовательская группа под руководством профессора Хирофуми Хидаи из Высшей инженерной школы Университета Тиба недавно нашла решение этой проблемы.
В исследовании, недавно опубликованном в журнале «Алмазы и сопутствующие материалы», они сообщают о новой технологии лазерной резки, которую можно использовать для аккуратной резки алмазов вдоль оптимальной кристаллической поверхности для получения гладких пластин.
Свойства большинства кристаллов, включая алмаз, различаются в разных кристаллических плоскостях (поверхностях, которые гипотетически содержат атомы, составляющие кристалл). Например, алмаз можно легко разрезать по поверхности ｛111｝. Однако нарезка ｛100｝ является сложной задачей, поскольку при этом также образуются трещины вдоль разрушенной поверхности ｛111｝, что увеличивает потери на надрезе.
Чтобы предотвратить распространение этих нежелательных трещин, исследователи разработали метод обработки алмазов, который фокусирует короткие лазерные импульсы на узком, сужающемся объеме внутри материала.
Профессор Хидаи объясняет: «Фокусированное лазерное облучение превращает алмаз в аморфный углерод, который имеет меньшую плотность, чем алмаз. В результате плотность области, измененной лазерными импульсами, уменьшается, и могут образовываться трещины».
Облучая этими лазерными импульсами образец прозрачного алмаза в виде квадратной сетки, исследователи создали внутри материала сетку, состоящую из небольших областей, склонных к образованию трещин. Если расстояние между модифицированными областями сетки и количество лазерных импульсов, используемых в каждой области, оптимально, все модифицированные области соединяются друг с другом небольшими трещинами, преимущественно распространяющимися вдоль плоскости ｛100｝. Таким образом, гладкую пластину с поверхностью ｛100｝ можно легко отделить от остального блока, просто сдвинув острую вольфрамовую иглу в сторону образца.
В целом, описанный выше метод является ключевым шагом на пути превращения алмаза в подходящий полупроводниковый материал для будущих технологий. В связи с этим профессор Хидаи говорит: «Способность срезов алмаза производить высококачественные пластины с низкой себестоимостью 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, например, улучшение коэффициента преобразования энергии электромобилей и поездов».