Japāna izstrādā jaunu lāzera griešanas tehnoloģiju dimanta pusvadītājiem

Dimants ir daudzsološs materiāls pusvadītāju nozarei, taču tā sagriešana plānās plāksnēs var sagādāt patiesas galvassāpes un izaicinājumu.
Nesenā pētījumā Čibas universitātes pētnieku komanda izstrādāja jaunu lāzera metodi, kas var griezt dimantu pa optimālo kristāla plakni. Šis atklājums palīdzēs padarīt šo materiālu rentablāku efektīvai jaudas pārveidei elektriskajos transportlīdzekļos un ātrgaitas sakaru tehnoloģijās.
Iepriekš, lai gan dimanta īpašības ir pievilcīgas pusvadītāju nozarei, dimanta materiālu izmantošanu ierobežoja pašlaik tirgū pieejamo tehnoloģiju trūkums, lai efektīvi sagrieztu dimantu plānās šķēlēs. Ja nav efektīvas sagriešanas, vafeles ir jāsintezē pa vienai, padarot to ražošanas izmaksas lielākajā daļā nozaru pārmērīgas.
Japānas pētniecības grupa, kuru vadīja profesors Hirofumi Hidai no Čibas Universitātes Inženierzinātņu skolas, nesen ir atradusi risinājumu šai problēmai.
Pētījumā, kas nesen publicēts žurnālā Diamonds and Related Materials, viņi ziņo par jaunu lāzera griešanas paņēmienu, ko var izmantot, lai tīri sagrieztu dimantus gar optimālo kristāla virsmu, lai iegūtu gludas vafeles.
Lielākajai daļai kristālu, tostarp dimanta, īpašības atšķiras dažādās kristāla plaknēs (virsmas, kas hipotētiski satur kristālu veidojošos atomus). Piemēram, dimantu var viegli griezt gar ｛111｝ virsmu. Tomēr ｛100｝ sagriešana ir sarežģīta, jo tā arī rada plaisas gar sairušo virsmu ｛111｝, kas palielina iecirtumu zudumu.
Lai novērstu šo nevēlamo plaisu izplatīšanos, pētnieki izstrādāja dimanta apstrādes paņēmienu, kas fokusē īsus lāzera impulsus uz šauru, konusveida tilpumu materiāla iekšienē.
Prof. Hidai skaidro: "Fokusēta lāzera apstarošana pārvērš dimantu par amorfu oglekli, kam ir mazāks blīvums nekā dimantam. Rezultātā lāzera impulsu izmainītā laukuma blīvums samazinās un var veidoties plaisas."
Apstarojot šos lāzera impulsus uz caurspīdīga dimanta parauga kvadrātveida režģa veidā, pētnieki izveidoja režģi materiāla iekšpusē, kas sastāvēja no maziem reģioniem, kuriem ir tendence uz plaisām. Ja atstatums starp modificētajiem režģa reģioniem un katrā reģionā izmantoto lāzera impulsu skaits ir optimāls, visi modificētie apgabali ir savienoti viens ar otru ar nelielām plaisām, kas izplatās pa 100 — plakni. Tādējādi gludu vafele ar ｛100｝ virsmu var viegli atdalīt no pārējā bloka, vienkārši nospiežot asu volframa adatu uz vienu parauga pusi.
Kopumā iepriekšminētā tehnika ir galvenais solis, lai padarītu dimantu par piemērotu pusvadītāju materiālu nākotnes tehnoloģijām. Šajā sakarā prof. Hidai saka: "Dimanta šķēlumu spēja ražot augstas kvalitātes vafeles par zemām izmaksām ir ļoti svarīga dimanta pusvadītāju ierīču izgatavošanai. Tādējādi šis pētījums mūs ved soli tuvāk dimanta dažādo pielietojumu īstenošanai. pusvadītājus sabiedrībā, piemēram, uzlabojot elektromobiļu un vilcienu jaudas konversijas ātrumu."