金剛石應(yīng)用于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，在高頻高壓條件下具有廣泛且不可替代的應(yīng)用優(yōu)勢和前景，被認(rèn)為是制備下一代高功率、高頻、高溫及低功率損耗電子器件最有希望的材料，被業(yè)界譽(yù)為“終極半導(dǎo)體”。基于業(yè)界長期的研發(fā)活動，如今金剛石半導(dǎo)體已經(jīng)開始逐步邁向?qū)嵱没?。然而，金剛石作為硬脆難加工材料的典型代表，目前，切割金剛石的主要方式有水刀切割、電火花切割和激光切割。
激光切割作為一種精密的加工方法，幾乎可以切割所有的材料，激光切割是利用經(jīng)聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達(dá)到燃點，同時借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而實現(xiàn)將工件割開。
       盡管金剛石對半導(dǎo)體行業(yè)具有吸引力，但由于缺乏有效地將其切成薄片的技術(shù)，其應(yīng)用受到限制。因此，金剛石晶片必須一個接一個地合成，這使得制造成本對于大多數(shù)行業(yè)來說都過高。
當(dāng)?shù)貢r間周二，由日本千葉大學(xué)官網(wǎng)發(fā)布消息，該校工程研究生院Hirofumi Hidai教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組找到了解決這個問題的方法。他們使用了一種新型激光切片技術(shù)，使用激光脈沖將金剛石切割成薄片，號稱“為下一代半導(dǎo)體材料鋪平了道路”?？捎糜谘刈罴丫w平面干凈地切割金剛石，從而生產(chǎn)光滑的晶圓。

▲ 圖源日本千葉大學(xué)官網(wǎng)

       包括金剛石在內(nèi)的大多數(shù)晶體的性質(zhì)都沿著不同的晶面變化，這些晶面是包含構(gòu)成晶體的原子的假想表面。雖然人們可以輕松地沿著表面切割金剛石。然而，切割時會沿著解理面產(chǎn)生裂紋。例如，可以容易地沿著{111}表面切割金剛石。然而，切割{100}是具有挑戰(zhàn)性的，因為它也會沿著{111}解理面產(chǎn)生裂紋，增加切口損失。
       為了防止這些裂紋傳播，研究人員開發(fā)了一種新的金剛石加工技術(shù)，激光不會將金剛石切割成晶圓網(wǎng)格，而是將短激光脈沖聚焦在材料內(nèi)狹窄的錐形體積上。Hidai教授解釋道，集中激光照射將金剛石轉(zhuǎn)化為密度低于金剛石的無定形碳。由此產(chǎn)生的金剛石結(jié)構(gòu)中密度較低的網(wǎng)格線為裂紋的傳播提供了預(yù)定義的斷裂面。
       研究人員表示，一旦金剛石經(jīng)過上述處理，就很容易分離出規(guī)則形狀的金剛石晶片，為后續(xù)的制造工作做好準(zhǔn)備。
       總的來說，這項技術(shù)是使金剛石成為下一代半導(dǎo)體材料的關(guān)鍵一步。對此，Hidai教授表示，金剛石切割能夠以低成本生產(chǎn)高質(zhì)量的晶圓，是制造金剛石半導(dǎo)體器件所不可或缺的。因此，這項研究使我們更接近實現(xiàn)金剛石半導(dǎo)體在社會中的各種應(yīng)用，例如提高電動汽車和火車的功率轉(zhuǎn)換率。目前，該成果已發(fā)表在《Diamond & Related Materials》上。
       伴隨全球半導(dǎo)體市場的升級，我國國內(nèi)設(shè)備廠商也迎來新的發(fā)展機(jī)遇。半導(dǎo)體設(shè)備作為國產(chǎn)化的核心領(lǐng)域，對于中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈安全具有重大意義。近年來，多重因素影響下，本土設(shè)備廠商驗證與導(dǎo)入速度也在加快。其中 “切割”領(lǐng)域成為關(guān)注亮點之一。尤其是晶圓切割，激光的發(fā)展將進(jìn)一步助力我國半導(dǎo)體國產(chǎn)化進(jìn)程。
       文章來源IT之家、全球前沿科學(xué)及網(wǎng)絡(luò)信息，中國超硬材料網(wǎng)綜合整理