Japão desenvolve nova tecnologia de corte a laser para semicondutores de diamante

O diamante é um material promissor para a indústria de semicondutores, mas cortá-lo em wafers finos pode ser uma verdadeira dor de cabeça e um desafio.
Num estudo recente, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Chiba desenvolveu uma nova técnica baseada em laser que pode cortar o diamante ao longo do plano cristalino ideal. Esta descoberta ajudará a tornar este material mais econômico para a conversão eficiente de energia em veículos elétricos e tecnologias de comunicação de alta velocidade.
Anteriormente, embora as propriedades do diamante fossem atraentes para a indústria de semicondutores, a aplicação de materiais diamantados era limitada pela falta de tecnologia atualmente no mercado para cortar eficientemente o diamante em fatias finas. Na ausência de um fatiamento eficiente, os wafers devem ser sintetizados um por um, tornando o seu custo de fabricação proibitivo na maioria das indústrias.
Um grupo de pesquisa japonês liderado pelo professor Hirofumi Hidai, da Escola de Pós-Graduação em Engenharia da Universidade de Chiba, encontrou recentemente uma solução para este problema.
Em um estudo publicado recentemente na revista Diamonds and Related Materials, eles relatam uma nova técnica de corte baseada em laser que pode ser usada para cortar diamantes de forma limpa ao longo da superfície ideal do cristal para produzir wafers suaves.
As propriedades da maioria dos cristais, incluindo o diamante, variam ao longo dos diferentes planos cristalinos (superfícies que hipoteticamente contêm os átomos que constituem o cristal). Por exemplo, o diamante pode ser facilmente cortado ao longo da superfície de ｛111｝. No entanto, fatiar ｛100｝ é um desafio porque também produz rachaduras ao longo da superfície desintegrada ｛111｝, o que aumenta a perda de entalhe.
Para evitar a propagação dessas fissuras indesejáveis, os pesquisadores desenvolveram uma técnica de processamento de diamante que concentra pulsos curtos de laser em um volume estreito e cônico dentro do material.
O professor Hidai explica: "A irradiação laser focada converte o diamante em carbono amorfo, que tem uma densidade menor que o diamante. Como resultado, a densidade da área alterada pelos pulsos de laser diminui e podem formar-se rachaduras."
Ao irradiar esses pulsos de laser sobre uma amostra de diamante transparente em um padrão de grade quadrada, os pesquisadores criaram uma grade dentro do material que consistia em pequenas regiões propensas a rachaduras. Se o espaçamento entre as regiões modificadas na grade e o número de pulsos de laser usados ​​em cada região for ótimo, todas as regiões modificadas serão conectadas entre si por pequenas fissuras que se propagam preferencialmente ao longo do plano ｛100｝. Assim, um wafer liso com uma superfície de ｛100｝ pode ser facilmente separado do resto do bloco simplesmente empurrando uma agulha afiada de tungstênio para um lado da amostra.
No geral, a técnica acima é um passo fundamental para tornar o diamante um material semicondutor adequado para tecnologias futuras. A esse respeito, o Prof. Hidai afirma: "A capacidade das fatias de diamante de produzir wafers de alta qualidade a baixo custo é crucial para a fabricação de dispositivos semicondutores de diamante. Assim, esta pesquisa nos traz um passo mais perto de realizar as diversas aplicações do diamante. semicondutores na sociedade, como melhorar a taxa de conversão de energia de carros e trens elétricos."