一种用于金刚石半导体的新型激光切片技术

硅基材料目前是半导体领域无可争议的领导者。即便如此，世界各地的科学家仍在积极尝试为下一代电子产品和高功率系统寻找卓越的替代品。有趣的是，钻石是最有前途的材料之一，可用于电动汽车和发电厂的快速通信和电力转换等应用。

尽管金刚石对半导体行业具有吸引力，但由于缺乏有效地将其切成薄片的技术，其应用受到限制。因此，金刚石晶片必须一个接一个地合成，这使得大多数行业的制造成本过高。

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已经找到了解决这个问题的方法。在最近发表在《金刚石和相关材料》上的一项研究中，他们报告了一种新的基于激光的切片技术，该技术可用于沿着最 佳晶面清洁地切片金刚石，从而生产出光滑的晶片。

包括钻石在内的大多数晶体的性质都沿着不同的晶面变化，这些晶面是包含构成晶体的原子的假想表面。例如，可以容易地沿着{111}表面切割金刚石。然而，切片{100}是具有挑战性的，因为它也会沿着{111}解理面产生裂纹，增加切口损失。

为了防止这些不希望的裂纹传播，研究人员开发了一种金刚石加工技术，将短激光脉冲聚焦在材料内狭窄的锥形体积上。Hidai教授解释道：“集中激光照射将金刚石转化为密度低于金刚石的无定形碳。因此，激光脉冲修饰的区域密度降低，裂纹形成。”

通过将这些激光脉冲以方形网格模式照射到透明钻石样品上，研究人员在材料内部创建了一个由小裂纹易发区域组成的网格。如果网格中的改性区域之间的空间和每个区域使用的激光脉冲的数量是最优的，则所有改性区域通过优先沿着{100}平面传播的小裂纹相互连接。

因此，通过简单地将锋利的钨针推到样品的侧面，可以容易地将具有{100}表面的光滑晶片与块的其余部分分离。

总的来说，所提出的技术是使钻石成为未来技术的合适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出高质量的晶圆，这对于制造金刚石半导体器件来说是必不可少的。因此，这项研究使我们更接近于实现金刚石半导体在我们社会中的各种应用，例如提高电动汽车和火车的功率转换率。”