钻石是半导体行业很有前途的材料，但将它们切成薄片具有挑战性。在最近的一项研究中，千叶大学的一个研究小组开发了一种新型激光技术，可以轻松地沿着最佳晶体平面切割钻石。他们的发现将有助于使钻石成为具有成本效益的半导体，用于电动汽车的高效功率转换和高速通信技术。
硅基材料是目前半导体领域无可争议的领先者。即便如此，世界各地的科学家仍在积极努力寻找下一代电子产品和高功率系统的优质替代品。有趣的是，钻石是电动汽车和发电厂中快速电信和电力转换等应用中最有前途的材料之一。
尽管金刚石具有对半导体行业有吸引力的特性，但由于缺乏有效地将金刚石切成薄片的技术，金刚石的应用受到限制。因此，金刚石晶片必须一张一张地合成，使得制造成本对于大多数行业来说都过高。现在，由千叶大学工程研究生院 Hirofumi Hidai 教授领导的日本研究小组找到了解决这个问题的方法。在一项于 2023 年 5 月 18 日在线发布并于 2023 年 6 月发表在《钻石与相关材料》杂志上的最新研究中，他们报告了一种新颖的基于激光的切片技术，可用于沿最佳晶体平面干净地切片钻石，从而生产光滑的晶圆。他们的研究由千叶大学科学与工程研究生院的硕士生 Kosuke Sakamoto 和前博士生共同撰写。学生德永大二郎，现任东京工业大学助理教授。大多数晶体（包括钻石）的特性沿着不同的晶面（包含构成晶体的原子的假想表面）而变化。例如，可以轻松地沿 {111} 表面对钻石进行切片。然而，切片 {100} 具有挑战性，因为它还会沿 {111} 解理面产生裂纹，从而增加切口损失。沿不同的晶面（包含构成晶体的原子的假想表面）变化。例如，可以轻松地沿 {111} 表面对钻石进行切片。然而，切片 {100} 具有挑战性，因为它还会沿 {111} 解理面产生裂纹，从而增加切口损失。沿不同的晶面（包含构成晶体的原子的假想表面）变化。例如，可以轻松地沿 {111} 表面对钻石进行切片。然而，切片 {100} 具有挑战性，因为它还会沿 {111} 解理面产生裂纹，从而增加切口损失。
为了防止这些不良裂纹的传播，研究人员开发了一种金刚石加工技术，将短激光脉冲聚焦到材料内狭窄的锥形体积上。“集中激光照射将钻石转化为非晶碳，其密度低于钻石。因此，激光脉冲修改的区域密度会降低，裂纹也会形成。”Hidai 教授解释道。研究人员通过将这些激光脉冲以方形网格图案照射到透明钻石样品上，在材料内部创建了一个由容易出现裂纹的小区域组成的网格。如果网格中修改区域之间的空间和每个区域使用的激光脉冲数量是最佳的，则所有修改区域通过优先沿{100}平面传播的小裂纹相互连接。最后，只需将锋利的钨针推到样品侧面，即可轻松将表面为 {100} 的光滑晶圆与块体的其余部分分离。所提出的技术是使金刚石成为适合未来技术的半导体材料的关键一步。对此，Hidai教授表示：“金刚石切片能够以低成本生产高质量的晶圆，对于制造金刚石半导体器件是必不可少的。因此，这项研究使我们更接近实现金刚石半导体在社会中的各种应用，例如提高电动汽车和火车的功率转换率。” 所提出的技术是使金刚石成为适合未来技术的半导体材料的关键一步。对此，Hidai教授表示：“金刚石切片能够以低成本生产高质量的晶圆，对于制造金刚石半导体器件是必不可少的。因此，这项研究使我们更接近实现金刚石半导体在社会中的各种应用，例如提高电动汽车和火车的功率转换率。” 所提出的技术是使金刚石成为适合未来技术的半导体材料的关键一步。对此，Hidai教授表示：“金刚石切片能够以低成本生产高质量的晶圆，对于制造金刚石半导体器件是必不可少的。因此，这项研究使我们更接近实现金刚石半导体在社会中的各种应用，例如提高电动汽车和火车的功率转换率。”
让我们希望这种令人垂涎的晶体能够为我们寻求先进技术发展提供优势，包括那些能够确保更可持续的未来的技术！
