Các nhà khoa học của Đại học Chiba (Nhật Bản) vừa phát hiện một kỹ thuật mới dựa trên tia laser để sử dụng trong công nghiệp bán dẫn.
Một kỹ thuật mới dựa trên tia laser được phát triển bởi một nhóm các nhà khoa học Nhật Bản từ Đại học Chiba dường như cung cấp một cách để “cắt lát” kim cương dọc theo mặt phẳng tinh thể tối ưu một cách dễ dàng. Nghiên cứu gần đây được xuất bản trên tạp chí Kim cương và Vật liệu liên quan (Diamond and Related Materials), và nó có thể hỗ trợ ngành công nghiệp bán dẫn sử dụng một trong những vật liệu bền nhất mà con người biết đến.
Giáo sư Hirofumi Hidai và nhóm của ông tại Đại học Chiba đang đề xuất một giải pháp cho vấn đề: một quy trình cắt lát dựa trên tia laser có thể cắt sạch kim cương mà không làm vỡ chúng. Các nhà nghiên cứu tuyên bố rằng kỹ thuật mới ngăn chặn sự lan rộng của các vết nứt không mong muốn trong quá trình cắt laser bằng cách tập trung các xung laser ngắn vào một thể tích hình nón hẹp bên trong vật liệu.
Các xung laser biến kim cương thành carbon vô định hình với mật độ thấp hơn. Do đó, các khu vực được bắn bằng tia laser bị giảm mật độ và hình thành vết nứt, Giáo sư Hidai cho biết. Các nhà nghiên cứu đã tạo ra một mô hình giống như lưới để hướng dẫn sự lan truyền của các vết nứt dọc theo đường cắt được chỉ định, trong khi một chiếc kim vonfram sắc nhọn được sử dụng để “dễ dàng” tách một tấm mỏng mịn ra khỏi phần còn lại của khối kim cương.
Đại học Chiba cho biết kỹ thuật mới được đề xuất có thể là một bước quan trọng hướng tới việc biến kim cương thành một “vật liệu bán dẫn phù hợp” cho các công nghệ hiệu quả hơn trong tương lai. Giáo sư Hidai nhận xét cách cắt kim cương bằng tia laser “cho phép sản xuất các tấm mỏng chất lượng cao với chi phí thấp” và không thể thiếu để chế tạo các thiết bị bán dẫn kim cương.
Nghiên cứu của Nhật Bản đưa ngành công nghiệp đến gần hơn với việc hiện thực hóa chất bán dẫn kim cương cho các ứng dụng công nghệ khác nhau, Hidai cho biết. Các tấm wafer được cắt bằng laser có thể cải thiện tỷ lệ chuyển đổi năng lượng trong xe điện và tàu hỏa.
Đại học Chiba và nhóm của Hidai không đơn độc trong nỗ lực biến kim cương thành chất bán dẫn. Amazon Web Services gần đây đã hợp tác với Element Six (một công ty con của tập đoàn kim cương De Beers) để tạo ra những viên kim cương tổng hợp và sử dụng chúng trong mật mã lượng tử. Hai công ty đang cố gắng khai thác các khiếm khuyết hấp thụ photon trong kim cương để tạo ra một mạng lưới phân phối khóa lượng tử toàn cầu.