Japanische Forscher schneiden mit einer neuen Lasertechnik Halbleiterscheiben aus Diamanten

Im Zusammenhang: Diamanten gehören zu den vielversprechendsten Materialien für technische Anwendungen, etwa für schnelle Telekommunikation und Stromumwandlung in Elektrofahrzeugen oder Kraftwerken. Allerdings ist die Bearbeitung von Diamanten nicht einfach, da sie beim Versuch, daraus Wafer herauszuschneiden, zum Brechen neigen.

Eine neue laserbasierte Technik, die von einem Team japanischer Wissenschaftler der Universität Chiba entwickelt wurde, bietet offenbar eine Möglichkeit, Diamanten „mühelos“ entlang der optimalen kristallografischen Ebene zu schneiden. Die Forschung wurde kürzlich in der Fachzeitschrift Diamond and Related Materials veröffentlicht und könnte der Halbleiterindustrie dabei helfen, eines der stabilsten Materialien einzuführen, die die Menschheit kennt.

Diamanten hätten attraktive Eigenschaften für Halbleiteranwendungen, sagten die Forscher, da sie eine größere Bandlücke als Silizium hätten. Sie könnten theoretisch zur Herstellung effizienterer Halbleiter eingesetzt werden, die bei höheren Spannungen, Frequenzen und Temperaturen arbeiten können. Es ist jedoch schwierig, Diamanten in Halbleiter umzuwandeln, da es keine effiziente Technik gibt, sie in dünne Wafer zu schneiden.

Professor Hirofumi Hidai und sein Team an der Chiba-Universität schlagen eine Lösung für das Problem vor: ein laserbasiertes Schneidverfahren, mit dem Diamanten sauber geschnitten werden können, ohne sie zu zerbrechen. Die Forscher gaben an, dass die neue Technik die Ausbreitung unerwünschter Risse während des Laserschneidprozesses verhindert, indem kurze Laserimpulse auf ein schmales kegelförmiges Volumen innerhalb des Materials fokussiert werden.

Die Laserpulse verwandeln Diamant in amorphen Kohlenstoff mit geringerer Dichte. Daher kommt es in den mit dem Laser beschossenen Bereichen zu einer Verringerung der Dichte und zur Rissbildung, sagte Professor Hidai. Die Forscher erstellten ein gitterartiges Muster, um die Ausbreitung von Rissen entlang des vorgesehenen Schnittpfads zu steuern, während eine scharfe Wolframnadel verwendet wurde, um einen glatten Wafer „einfach“ vom Rest des Diamantblocks zu trennen.

Die Chiba-Universität sagte, die neue vorgeschlagene Technik könnte ein entscheidender Schritt sein, Diamanten in ein „geeignetes Halbleitermaterial“ für zukünftige, effizientere Technologien zu verwandeln. Professor Hidai bemerkte, dass das Schneiden von Diamanten mit einem Laser „die Herstellung hochwertiger Wafer zu geringen Kosten ermöglicht“ und für die Herstellung von Diamant-Halbleiterbauelementen unverzichtbar sei.

Die japanische Forschung bringe die Industrie der Realisierung von Diamanthalbleitern für verschiedene Technologieanwendungen näher, sagte Hidai. Die lasergeschnittenen Wafer könnten das Stromumwandlungsverhältnis in Elektrofahrzeugen und Zügen verbessern.

Die Chiba-Universität und Hidais Team sind nicht die Einzigen, die Diamanten in Halbleiter verwandeln wollen. Amazon Web Services hat kürzlich eine Partnerschaft mit Element Six (einer Tochtergesellschaft des De Beers-Diamantenkonsortiums) geschlossen, um synthetische Diamanten herzustellen und sie in der Quantenkryptographie zu verwenden. Die beiden Unternehmen versuchen, photonenabsorbierende Defekte in Diamanten auszunutzen, um ein globales Netzwerk für die Verteilung von Quantenschlüsseln aufzubauen.