اليابان تطور تقنية جديدة للتقطيع بالليزر لأشباه الموصلات الماسية

يعد الألماس مادة واعدة لصناعة أشباه الموصلات، ولكن تقطيعه إلى شرائح رقيقة يمكن أن يمثل صداعًا وتحديًا حقيقيين.
في دراسة حديثة، طور فريق من الباحثين في جامعة تشيبا تقنية جديدة تعتمد على الليزر يمكنها قطع الماس على طول المستوى البلوري الأمثل. سيساعد هذا الاكتشاف في جعل هذه المادة أكثر فعالية من حيث التكلفة لتحويل الطاقة بكفاءة في السيارات الكهربائية وتقنيات الاتصالات عالية السرعة.
في السابق، على الرغم من أن خصائص الماس جذابة لصناعة أشباه الموصلات، إلا أن استخدام مواد الماس كان محدودًا بسبب نقص التكنولوجيا الموجودة حاليًا في السوق لتقطيع الماس بكفاءة إلى شرائح رفيعة. في غياب التقطيع الفعال، يجب تصنيع الرقائق واحدة تلو الأخرى، مما يجعل تكلفة تصنيعها باهظة في معظم الصناعات.
توصلت مجموعة بحث يابانية بقيادة البروفيسور هيروفومي هيداي من كلية الدراسات العليا للهندسة بجامعة تشيبا مؤخرًا إلى حل لهذه المشكلة.
في دراسة نشرت مؤخرا في مجلة الماس والمواد ذات الصلة، أبلغوا عن تقنية تقطيع جديدة تعتمد على الليزر والتي يمكن استخدامها لقطع الماس بشكل نظيف على طول السطح البلوري الأمثل لإنتاج رقائق ناعمة.
تختلف خصائص معظم البلورات، بما في ذلك الماس، باختلاف المستويات البلورية (الأسطح التي تحتوي افتراضيًا على الذرات التي تشكل البلورة). على سبيل المثال، يمكن قطع الماس بسهولة على طول سطح ｛111｝. ومع ذلك، فإن التقطيع ｛100｝ يمثل تحديًا لأنه ينتج أيضًا تشققات على طول السطح المتفكك ｛111｝، مما يزيد من فقدان الشق.
ولمنع انتشار هذه الشقوق غير المرغوب فيها، طور الباحثون تقنية معالجة الماس التي تركز نبضات ليزر قصيرة على حجم ضيق ومستدق داخل المادة.
ويوضح البروفيسور هيداي أن "تشعيع الليزر المركز يحول الماس إلى كربون غير متبلور، والذي يتمتع بكثافة أقل من الماس. ونتيجة لذلك، تنخفض كثافة المنطقة التي تتغير بواسطة نبضات الليزر وقد تتشكل الشقوق".
من خلال إشعاع نبضات الليزر هذه على عينة من الماس الشفاف في نمط شبكة مربعة، أنشأ الباحثون شبكة داخل المادة تتكون من مناطق صغيرة عرضة للتشققات. إذا كان التباعد بين المناطق المعدلة في الشبكة وعدد نبضات الليزر المستخدمة في كل منطقة هو الأمثل، فإن جميع المناطق المعدلة ترتبط ببعضها البعض عن طريق شقوق صغيرة تنتشر بشكل تفضيلي على طول المستوى ｛100｝. وبالتالي، يمكن فصل الرقاقة الناعمة التي يبلغ سطحها ｛100｝ بسهولة عن بقية الكتلة بمجرد دفع إبرة تنغستن حادة إلى جانب واحد من العينة.
بشكل عام، تعتبر التقنية المذكورة أعلاه خطوة أساسية في جعل الماس مادة شبه موصلة مناسبة للتكنولوجيات المستقبلية. وفي هذا الصدد، يقول البروفيسور هيداي: "إن قدرة شرائح الماس على إنتاج رقائق عالية الجودة بتكلفة منخفضة أمر بالغ الأهمية لتصنيع أجهزة أشباه الموصلات الماسية. وبالتالي، فإن هذا البحث يقربنا خطوة واحدة من تحقيق التطبيقات المختلفة للماس أشباه الموصلات في المجتمع، مثل تحسين معدل تحويل الطاقة للسيارات الكهربائية والقطارات."