Alcuni ricercatori giapponesi tagliano wafer semiconduttori dai diamanti con una nuova tecnica laser

Nel contesto: I diamanti sono tra i materiali più promettenti per applicazioni tecnologiche, come le telecomunicazioni veloci e la conversione di energia nei veicoli elettrici o nelle centrali elettriche. Tuttavia, i diamanti non sono facili da lavorare, poiché tendono a rompersi quando si tenta di tagliarne i wafer.

Una nuova tecnica basata sul laser sviluppata da un team di scienziati giapponesi dell'Università di Chiba sembra fornire un modo per "tagliare senza sforzo" i diamanti lungo il piano cristallografico ottimale. La ricerca è stata recentemente pubblicata sulla rivista Diamond and Related Materials e potrebbe aiutare l'industria dei semiconduttori ad adottare uno dei materiali più robusti conosciuti dall'uomo.

I diamanti hanno proprietà interessanti per le applicazioni dei semiconduttori, hanno detto i ricercatori, poiché hanno una banda proibita più ampia rispetto al silicio. In teoria potrebbero essere impiegati per creare semiconduttori più efficienti, in grado di funzionare a tensioni, frequenze e temperature più elevate. Tuttavia, è difficile adattare i diamanti ai semiconduttori perché non esiste una tecnica efficiente per tagliarli in wafer sottili.

Il professor Hirofumi Hidai e il suo team dell'Università di Chiba stanno proponendo una soluzione al problema: un processo di taglio basato sul laser in grado di tagliare i diamanti in modo netto senza romperli. I ricercatori hanno affermato che la nuova tecnica impedisce la propagazione di crepe indesiderate durante il processo di taglio laser concentrando brevi impulsi laser su uno stretto volume a forma di cono all'interno del materiale.

Gli impulsi laser trasformano il diamante in carbonio amorfo con livelli di densità inferiori. Pertanto, le regioni colpite dal laser subiscono una riduzione della densità e la formazione di crepe, ha affermato il professor Hidai. I ricercatori hanno creato uno schema a griglia per guidare la propagazione delle crepe lungo il percorso di taglio designato, mentre un ago di tungsteno affilato è stato utilizzato per separare “facilmente” un wafer liscio dal resto del blocco di diamante.

L’Università di Chiba ha affermato che la nuova tecnica proposta potrebbe essere un passo fondamentale verso la trasformazione dei diamanti in un “materiale semiconduttore adatto” per tecnologie future più efficienti. Il professor Hidai ha sottolineato come il taglio dei diamanti con un laser "permetta la produzione di wafer di alta qualità a basso costo" ed è indispensabile per fabbricare dispositivi semiconduttori di diamante.

La ricerca giapponese avvicina l'industria alla realizzazione di semiconduttori di diamante per varie applicazioni tecnologiche, ha affermato Hidai. I wafer tagliati al laser potrebbero migliorare il rapporto di conversione della potenza nei veicoli e nei treni elettrici.

L'Università di Chiba e il team di Hidai non sono i soli nel tentativo di trasformare i diamanti in semiconduttori. Amazon Web Services ha recentemente collaborato con Element Six (una filiale del consorzio dei diamanti De Beers) per creare diamanti sintetici e utilizzarli nella crittografia quantistica. Le due società stanno tentando di sfruttare i difetti di assorbimento dei fotoni nei diamanti per creare una rete globale per la distribuzione delle chiavi quantistiche.