Новый метод лазерной резки алмазных полупроводников

Материалы на основе кремния в настоящее время являются безусловными лидерами в области полупроводников. Несмотря на это, ученые всего мира активно пытаются найти превосходные альтернативы электронике и мощным системам нового поколения. Интересно, что алмазы являются одними из наиболее многообещающих материалов для таких применений, как быстрая связь и преобразование энергии в электромобилях и электростанциях.

Несмотря на их привлекательные свойства для полупроводниковой промышленности, применение алмазов ограничено из-за отсутствия методов эффективного разрезания их на тонкие пластины. В результате алмазные пластины приходится синтезировать одну за другой, что делает затраты на производство непомерно высокими для большинства отраслей промышленности.

Теперь исследовательская группа из Японии под руководством профессора Хирофуми Хидаи из Высшей школы инженерии Университета Тиба нашла решение этой проблемы.В недавнем исследовании , опубликованные в Интернете 18 мая 2023 года и опубликованные в журнале Diamond & Associates Materials в июне 2023 года, они сообщают о новой методике лазерной резки, которую можно использовать для аккуратного разрезания алмаза вдоль оптимальной кристаллографической плоскости, создавая таким образом гладкие пластины. Соавторами исследования являются студент магистратуры Косуке Сакамото из Высшей школы науки и техники Университета Тиба и бывший аспирант Дайдзиро Токунага, в настоящее время доцент Токийского технологического института.

Свойства большинства кристаллов, включая алмазы, различаются в разных кристаллографических плоскостях — воображаемых поверхностях, содержащих атомы, составляющие кристалл. Например, алмаз можно легко разрезать по поверхности {111}. Однако разрезание {100} является сложной задачей, поскольку при этом также образуются трещины вдоль плоскости спайности {111}, что увеличивает потери при пропиле.

Чтобы предотвратить распространение этих нежелательных трещин, исследователи разработали метод обработки алмазов, который фокусирует короткие лазерные импульсы на узком конусообразном объеме внутри материала. «Концентрированное лазерное освещение превращает алмаз в аморфный углерод, плотность которого ниже, чем у алмаза. Следовательно, в областях, модифицированных лазерными импульсами, снижается плотность и образуются трещины», — объясняет Хидаи.

Направляя эти лазерные импульсы на прозрачный образец алмаза в виде квадратной сетки, исследователи создали сетку из небольших областей, склонных к растрескиванию, внутри материала. Если пространство между модифицированными областями в сетке и количество лазерных импульсов, используемых на одну область, оптимальны, все модифицированные области соединяются друг с другом через небольшие трещины, которые преимущественно распространяются вдоль плоскости {100}. Следовательно, гладкую пластину с поверхностью {100} можно легко отделить от остальной части блока, просто прижав острую вольфрамовую иглу к боковой стороне образца.

В целом, предлагаемая технология является ключевым шагом на пути к тому, чтобы сделать алмазы подходящим полупроводниковым материалом для будущих технологий. В этой связи Хидаи отмечает: «Нарезка алмазов позволяет производить высококачественные пластины с низкой себестоимостью и незаменима для изготовления алмазных полупроводниковых устройств. Таким образом, это исследование приближает нас к реализации алмазных полупроводников для различных применений в нашем обществе, таких как улучшение коэффициента преобразования энергии в электромобилях и поездах».

Будем надеяться, что этот желанный кристалл даст нам преимущество в нашем стремлении к передовым технологическим разработкам, в том числе таким, которые могут обеспечить более устойчивое будущее!

- Этот пресс-релиз был первоначально опубликован на веб-сайте Университета Тиба.