Jepun Membangunkan Teknologi Penghirisan Laser Baharu Untuk Semikonduktor Berlian

Berlian adalah bahan yang menjanjikan untuk industri semikonduktor, tetapi menghirisnya menjadi wafer nipis boleh menjadi sakit kepala dan cabaran yang nyata.
Dalam satu kajian baru-baru ini, satu pasukan penyelidik di Universiti Chiba membangunkan teknik berasaskan laser baharu yang boleh memotong berlian di sepanjang satah kristal yang optimum. Penemuan ini akan membantu menjadikan bahan ini lebih kos efektif untuk penukaran kuasa yang cekap dalam kenderaan elektrik, dan teknologi komunikasi berkelajuan tinggi.
Sebelum ini, walaupun sifat berlian menarik kepada industri semikonduktor, penggunaan bahan berlian telah dihadkan oleh kekurangan teknologi pada masa ini di pasaran untuk memotong berlian dengan cekap menjadi kepingan nipis. Sekiranya tiada penghirisan yang cekap, wafer mesti disintesis satu demi satu, menjadikan kos pembuatannya mahal dalam kebanyakan industri.
Sebuah kumpulan penyelidikan Jepun yang diketuai oleh Profesor Hirofumi Hidai dari Sekolah Siswazah Kejuruteraan Universiti Chiba baru-baru ini telah menemui penyelesaian kepada masalah ini.
Dalam kajian yang diterbitkan baru-baru ini dalam jurnal Diamonds and Related Materials, mereka melaporkan teknik penghirisan berasaskan laser baharu yang boleh digunakan untuk memotong berlian dengan bersih di sepanjang permukaan kristal yang optimum untuk menghasilkan wafer yang licin.
Sifat kebanyakan kristal, termasuk berlian, berbeza-beza di sepanjang satah kristal yang berbeza (permukaan yang secara hipotesis mengandungi atom yang membentuk kristal). Contohnya, berlian boleh dipotong dengan mudah di sepanjang permukaan ｛111｝. Walau bagaimanapun, menghiris ｛100｝ adalah mencabar kerana ia juga menghasilkan rekahan di sepanjang permukaan hancur ｛111｝, yang meningkatkan kehilangan takuk.
Untuk mengelakkan penyebaran keretakan yang tidak diingini ini, para penyelidik membangunkan teknik pemprosesan berlian yang memfokuskan denyutan laser pendek pada volum sempit dan tirus dalam bahan.
Prof. Hidai menerangkan, "Penyinaran laser terfokus menukarkan berlian kepada karbon amorf, yang mempunyai ketumpatan lebih rendah daripada berlian. Akibatnya, ketumpatan kawasan yang diubah oleh denyutan laser berkurangan dan retak mungkin terbentuk."
Dengan menyinarkan denyutan laser ini pada sampel berlian lutsinar dalam corak grid segi empat sama, para penyelidik mencipta grid di dalam bahan yang terdiri daripada kawasan kecil yang terdedah kepada keretakan. Jika jarak antara kawasan yang diubah suai dalam grid dan bilangan denyutan laser yang digunakan dalam setiap rantau adalah optimum, semua kawasan yang diubah suai disambungkan antara satu sama lain melalui retakan kecil yang lebih suka merambat sepanjang satah ｛100｝. Oleh itu, wafer licin dengan permukaan ｛100｝ boleh diasingkan dengan mudah dari seluruh blok dengan hanya menolak jarum tungsten tajam ke satu sisi sampel.
Secara keseluruhan, teknik di atas adalah langkah utama dalam menjadikan berlian sebagai bahan semikonduktor yang sesuai untuk teknologi masa depan. Dalam hal ini, Prof. Hidai berkata: "Keupayaan kepingan berlian untuk menghasilkan wafer berkualiti tinggi pada kos rendah adalah penting untuk fabrikasi peranti semikonduktor berlian. Oleh itu, penyelidikan ini membawa kita satu langkah lebih dekat untuk merealisasikan pelbagai aplikasi berlian. semikonduktor dalam masyarakat, seperti meningkatkan kadar penukaran kuasa kereta elektrik dan kereta api."