Pesquisadores japoneses cortam wafers semicondutores de diamantes com uma nova técnica de laser

No contexto: Os diamantes estão entre os materiais mais promissores para aplicações tecnológicas, como telecomunicações rápidas e conversão de energia em veículos elétricos ou centrais elétricas. No entanto, os diamantes não são fáceis de trabalhar, pois tendem a rachar ao tentar cortar wafers deles.

Uma nova técnica baseada em laser desenvolvida por uma equipe de cientistas japoneses da Universidade de Chiba aparentemente fornece uma maneira de “fatiar facilmente” diamantes ao longo do plano cristalográfico ideal. A pesquisa foi publicada recentemente na revista Diamond and Related Materials e pode ajudar a indústria de semicondutores a adotar um dos materiais mais resistentes conhecidos pelo homem.

Os diamantes têm propriedades atraentes para aplicações de semicondutores, disseram os pesquisadores, pois possuem um bandgap mais amplo do que o silício. Eles poderiam, teoricamente, ser empregados para criar semicondutores mais eficientes, capazes de trabalhar em tensões, frequências e temperaturas mais altas. No entanto, é difícil adaptar diamantes em semicondutores porque não existe uma técnica eficiente para cortá-los em wafers finos.

O professor Hirofumi Hidai e sua equipe da Universidade de Chiba estão propondo uma solução para o problema: um processo de corte baseado em laser que pode cortar diamantes de forma limpa, sem quebrá-los. Os pesquisadores afirmaram que a nova técnica evita a propagação de rachaduras indesejáveis ​​durante o processo de corte a laser, concentrando pulsos curtos de laser em um volume estreito em forma de cone dentro do material.

Os pulsos de laser transformam o diamante em carbono amorfo com níveis de densidade mais baixos. Portanto, as regiões atingidas pelo laser sofrem redução na densidade e formação de fissuras, disse o professor Hidai. Os pesquisadores criaram um padrão semelhante a uma grade para guiar a propagação de rachaduras ao longo do caminho de corte designado, enquanto uma agulha afiada de tungstênio foi usada para separar “facilmente” um wafer liso do resto do bloco de diamante.

A Universidade de Chiba disse que a nova técnica proposta poderia ser um passo fundamental para transformar os diamantes em um “material semicondutor adequado” para tecnologias futuras mais eficientes. O professor Hidai observou como o corte de diamantes com laser "permite a produção de wafers de alta qualidade a baixo custo" e é indispensável para a fabricação de dispositivos semicondutores de diamante.

A pesquisa japonesa aproxima a indústria da produção de semicondutores de diamante para diversas aplicações tecnológicas, disse Hidai. Os wafers cortados a laser poderiam melhorar a taxa de conversão de energia em veículos e trens elétricos.

A Universidade de Chiba e a equipe de Hidai não estão sozinhas em seus esforços para transformar diamantes em semicondutores. A Amazon Web Services recentemente fez parceria com a Element Six (uma subsidiária do consórcio de diamantes De Beers) para criar diamantes sintéticos e usá-los em criptografia quântica. As duas empresas estão tentando explorar defeitos de absorção de fótons em diamantes para criar uma rede global para distribuição de chaves quânticas.