Le diamant est un matériau prometteur pour l'industrie des semi-conducteurs, mais le découper en fines tranches est un véritable casse-tête et un défi.
Dans une étude récente, une équipe de chercheurs deUniversité de Chibadéveloppé unnouvelle technique à base de laserqui peut couper les diamants le long du plan cristallin optimal. Cette découverte contribuera à rendre ce matériau plus rentable pour une conversion de puissance efficace dans les véhicules électriques et les technologies de communication à haut débit.
Auparavant, bien que les propriétés des diamants soient attrayantes pour l'industrie des semi-conducteurs, l'application des matériaux en diamant était limitée par le manque de technologie actuellement sur le marché pour couper efficacement les diamants en fines tranches. En l'absence de tranchage efficace, les plaquettes doivent être synthétisées une par une, rendant leur coût de fabrication prohibitif dans la plupart des industries.
Un groupe de recherche japonais dirigé par le professeur Hirofumi Hidai de la Graduate School of Engineering de l'Université de Chiba a récemment trouvé une solution à ce problème.
Dans une étude récemment publiée dans la revue Diamonds and Related Materials, ils rapportent une nouvelle technique de découpe au laser qui peut être utilisée pour couper proprement les diamants le long de la surface cristalline optimale afin de produire des plaquettes lisses.
Les propriétés de la plupart des cristaux, y compris les diamants, varient selon différents plans cristallins (surfaces qui contiennent hypothétiquement les atomes qui composent le cristal). Par exemple, un diamant peut être facilement coupé le long de la surface de ｛111｝. Cependant, le tranchage ｛100｝ est difficile car il produit également des fissures le long de la surface désintégrée ｛111｝, ce qui augmente la perte d'entaille.
Pour empêcher la propagation de ces fissures indésirables, les chercheurs ont mis au point une technique de traitement du diamant qui concentre de courtes impulsions laser sur un volume étroit et conique à l'intérieur du matériau.
Le professeur Hidai explique : « L'irradiation laser focalisée convertit le diamant en carbone amorphe, qui a une densité inférieure à celle du diamant. En conséquence, la densité de la zone modifiée par les impulsions laser diminue et des fissures peuvent se former.
En irradiant cesimpulsions lasersur un échantillon de diamant transparent dans un motif de grille carrée, les chercheurs ont créé une grille à l'intérieur du matériau qui se composait de petites régions sujettes aux fissures. Si l'espacement entre les régions modifiées dans la grille et le nombre d'impulsions laser utilisées dans chaque région est optimal, toutes les régions modifiées sont reliées les unes aux autres par de petites fissures qui se propagent préférentiellement le long du plan ｛100｝. Ainsi, une plaquette lisse avec une surface de ｛100｝ peut être facilement séparée du reste du bloc en poussant simplement une aiguille pointue en tungstène sur un côté de l'échantillon.
Dans l'ensemble, la technique ci-dessus est une étape cruciale pour faire du diamant un matériau semi-conducteur approprié pour les technologies futures. À cet égard, le professeur Hidai déclare : « La capacité des tranches de diamant à produire des tranches de haute qualité à faible coût est cruciale pour la fabrication de dispositifs à semi-conducteurs en diamant. Ainsi, cette recherche nous rapproche un peu plus de la réalisation des diverses applications du diamant. semi-conducteurs dans la société, comme l'amélioration du taux de conversion de puissance des voitures et des trains électriques. »
