Il diamante è un materiale promettente per l'industria dei semiconduttori, ma tagliarlo in wafer sottili è un vero rompicapo e una vera sfida.
In un recente studio, un team di ricercatori diUniversità di Chibasviluppato unnuova tecnica basata sul laserin grado di tagliare i diamanti lungo il piano cristallino ottimale. Questa scoperta contribuirà a rendere questo materiale più conveniente per un'efficiente conversione di potenza nei veicoli elettrici e nelle tecnologie di comunicazione ad alta velocità.
In precedenza, sebbene le proprietà dei diamanti fossero attraenti per l'industria dei semiconduttori, l'applicazione dei materiali diamantati era limitata dalla mancanza di tecnologia attualmente sul mercato per tagliare in modo efficiente i diamanti in fette sottili. In assenza di un taglio efficiente, i wafer devono essere sintetizzati uno per uno, rendendo il loro costo di produzione proibitivo nella maggior parte dei settori.
Un gruppo di ricerca giapponese guidato dal professor Hirofumi Hidai della Graduate School of Engineering dell'Università di Chiba ha recentemente trovato una soluzione a questo problema.
In uno studio recentemente pubblicato sulla rivista Diamonds and Related Materials, riportano una nuova tecnica di taglio laser che può essere utilizzata per tagliare in modo pulito i diamanti lungo la superficie ottimale del cristallo per produrre wafer lisci.
Le proprietà della maggior parte dei cristalli, inclusi i diamanti, variano lungo diversi piani cristallini (superfici che ipoteticamente contengono gli atomi che compongono il cristallo). Ad esempio, un diamante può essere facilmente tagliato lungo la superficie di ｛111｝. Tuttavia, lo slicing ｛100｝ è impegnativo perché produce anche crepe lungo la superficie disintegrata ｛111｝, che aumenta la perdita di notch.
Per prevenire la propagazione di queste crepe indesiderate, i ricercatori hanno sviluppato una tecnica di lavorazione del diamante che concentra brevi impulsi laser su un volume stretto e affusolato all'interno del materiale.
Il prof. Hidai spiega: "L'irradiazione laser focalizzata converte il diamante in carbonio amorfo, che ha una densità inferiore rispetto al diamante. Di conseguenza, la densità dell'area alterata dagli impulsi laser diminuisce e possono formarsi crepe".
Irradiandoliimpulsi lasersu un campione di diamante trasparente in una griglia quadrata, i ricercatori hanno creato una griglia all'interno del materiale che consisteva in piccole regioni soggette a crepe. Se la spaziatura tra le regioni modificate nella griglia e il numero di impulsi laser utilizzati in ciascuna regione è ottimale, tutte le regioni modificate sono collegate tra loro da piccole fessure che si propagano preferenzialmente lungo il piano ｛100｝. Pertanto, un wafer liscio con una superficie di ｛100｝ può essere facilmente separato dal resto del blocco semplicemente spingendo un ago di tungsteno affilato su un lato del campione.
Nel complesso, la tecnica di cui sopra è un passo cruciale per rendere i diamanti un materiale semiconduttore adatto per le tecnologie future. A questo proposito, il Prof. Hidai afferma: "La capacità delle fette di diamante di produrre wafer di alta qualità a basso costo è fondamentale per la fabbricazione di dispositivi semiconduttori diamantati. Pertanto, questa ricerca ci avvicina di un passo alla realizzazione delle varie applicazioni del diamante semiconduttori nella società, come migliorare il tasso di conversione della potenza di auto e treni elettrici".
