O diamante é um material promissor para a indústria de semicondutores, mas cortá-lo em lâminas finas é uma verdadeira dor de cabeça e um desafio.
Em um estudo recente, uma equipe de pesquisadores daUniversidade de ChibaDesenvolveu umnova técnica baseada em laserque pode cortar diamantes ao longo do plano cristalino ideal. Essa descoberta ajudará a tornar esse material mais econômico para conversão de energia eficiente em veículos elétricos e tecnologias de comunicação de alta velocidade.
Anteriormente, embora as propriedades dos diamantes fossem atraentes para a indústria de semicondutores, a aplicação de materiais diamantados era limitada pela falta de tecnologia atualmente no mercado para cortar diamantes com eficiência em fatias finas. Na ausência de fatiamento eficiente, os wafers devem ser sintetizados um a um, tornando seu custo de fabricação proibitivo na maioria das indústrias.
Um grupo de pesquisa japonês liderado pelo professor Hirofumi Hidai, da Escola de Engenharia da Universidade de Chiba, encontrou recentemente uma solução para esse problema.
Em um estudo publicado recentemente na revista Diamonds and Related Materials, eles relatam uma nova técnica de corte a 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 os diamantes, variam ao longo de diferentes planos cristalinos (superfícies que hipoteticamente contêm os átomos que compõem o cristal). Por exemplo, um diamante pode ser facilmente cortado ao longo da superfície de ｛111｝. No entanto, fatiar ｛100｝ é desafiador porque também produz trincas ao longo da superfície desintegrada ｛111｝, o que aumenta a perda de entalhe.
Para evitar a propagação dessas rachaduras 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 Prof. Hidai explica: "A irradiação a laser focalizada converte o diamante em carbono amorfo, que tem uma densidade menor do que o diamante. Como resultado, a densidade da área alterada pelos pulsos de laser diminui e rachaduras podem se formar."
Ao irradiar estespulsos de laserem 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 são conectadas entre si por pequenas trincas 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 uma etapa crucial para tornar os diamantes um material semicondutor adequado para tecnologias futuras. A esse respeito, o Prof. Hidai diz: "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 aproxima um passo da realização das várias aplicações do diamante semicondutores na sociedade, como melhorar a taxa de conversão de energia de carros e trens elétricos."
