Una novedosa técnica de corte por láser para semiconductores de diamante

May 16, 2023

Los materiales a base de silicio son actualmente líderes indiscutibles en el campo de los semiconductores. Aun así, los científicos de todo el mundo están intentando activamente encontrar alternativas superiores para la electrónica y los sistemas de alta potencia de próxima generación. Curiosamente, los diamantes se encuentran entre los materiales más prometedores para aplicaciones como las telecomunicaciones rápidas y la conversión de energía en vehículos eléctricos y centrales eléctricas.

A pesar de sus atractivas propiedades para la industria de los semiconductores, las aplicaciones de los diamantes son limitadas debido a la falta de técnicas para cortarlos en finas obleas de manera eficiente. Como resultado, las obleas de diamante deben sintetizarse una por una, lo que hace que los costos de fabricación sean prohibitivos para la mayoría de las industrias.

Ahora, un equipo de investigación de Japón, dirigido por el profesor Hirofumi Hidai de la Escuela de Graduados en Ingeniería de la Universidad de Chiba, ha encontrado una solución a este problema.En un estudio reciente , disponible en línea el 18 de mayo de 2023 y publicado en Diamond & Related Materials en junio de 2023, informan sobre una novedosa técnica de corte basada en láser que se puede utilizar para cortar limpiamente un diamante a lo largo del plano cristalográfico óptimo, produciendo así obleas suaves. El estudio es coautor del estudiante de maestría Kosuke Sakamoto de la Escuela de Graduados en Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Chiba y del ex estudiante de doctorado Daijiro Tokunaga, actualmente profesor asistente en el Instituto de Tecnología de Tokio.

Las propiedades de la mayoría de los cristales, incluidos los diamantes, varían a lo largo de diferentes planos cristalográficos (superficies imaginarias que contienen los átomos que componen el cristal). Por ejemplo, un diamante se puede cortar fácilmente a lo largo de la superficie {111}. Sin embargo, cortar {100} es un desafío porque también produce grietas a lo largo del plano de escisión {111}, lo que aumenta la pérdida de corte.

Para evitar la propagación de estas grietas indeseables, los investigadores desarrollaron una técnica de procesamiento de diamantes que enfoca pulsos láser cortos en un volumen estrecho en forma de cono dentro del material. “La iluminación láser concentrada transforma el diamante en carbono amorfo, cuya densidad es menor que la del diamante. Por lo tanto, las regiones modificadas por pulsos láser sufren una reducción de densidad y formación de grietas”, explica Hidai.

Al hacer brillar estos pulsos láser sobre la muestra de diamante transparente en un patrón de cuadrícula cuadrada, los investigadores crearon una cuadrícula de pequeñas regiones propensas a agrietarse dentro del material. Si el espacio entre las regiones modificadas en la cuadrícula y la cantidad de pulsos láser utilizados por región son óptimos, todas las regiones modificadas se conectan entre sí a través de pequeñas grietas que se propagan preferentemente a lo largo del plano {100}. En consecuencia, una oblea lisa con una superficie {100} se puede separar fácilmente del resto del bloque simplemente empujando una aguja afilada de tungsteno contra el costado de la muestra.

En general, la técnica propuesta es un paso fundamental para hacer de los diamantes un material semiconductor adecuado para tecnologías futuras. En este sentido, Hidai comenta: “El corte de diamantes permite la producción de obleas de alta calidad a bajo costo y es indispensable para fabricar dispositivos semiconductores de diamantes. Por lo tanto, esta investigación nos acerca a la realización de semiconductores de diamante para diversas aplicaciones en nuestra sociedad, como la mejora del índice de conversión de energía en vehículos y trenes eléctricos”.

Esperemos que este codiciado cristal nos brinde una ventaja en nuestra búsqueda de desarrollo tecnológico avanzado, incluidos aquellos que puedan garantizar un futuro más sostenible.

- Este comunicado de prensa se publicó originalmente en el sitio web de la Universidad de Chiba.