सेमीकंडक्टर उद्योग के लिए हीरा एक आशाजनक सामग्री है, लेकिन इसे पतली वेफर्स में काटना एक वास्तविक सिरदर्द और चुनौती है।
एक हालिया अध्ययन में, शोधकर्ताओं की एक टीमचिबा विश्वविद्यालयविकसित एनई लेजर-आधारित तकनीकजो इष्टतम क्रिस्टल तल के साथ हीरों को काट सकता है। यह खोज इलेक्ट्रिक वाहनों और उच्च गति संचार प्रौद्योगिकियों में कुशल बिजली रूपांतरण के लिए इस सामग्री को अधिक लागत प्रभावी बनाने में मदद करेगी।
पहले, हालांकि हीरे के गुण सेमीकंडक्टर उद्योग के लिए आकर्षक थे, हीरे को पतली स्लाइस में कुशलतापूर्वक काटने के लिए बाजार में वर्तमान में प्रौद्योगिकी की कमी के कारण हीरे की सामग्री का अनुप्रयोग सीमित हो गया है। कुशल स्लाइसिंग के अभाव में, वेफर्स को एक-एक करके संश्लेषित किया जाना चाहिए, जिससे अधिकांश उद्योगों में उनकी विनिर्माण लागत निषेधात्मक हो जाती है।
चिबा यूनिवर्सिटी के ग्रेजुएट स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग के प्रोफेसर हिरोफुमी हिदाई के नेतृत्व में एक जापानी शोध समूह ने हाल ही में इस समस्या का समाधान ढूंढ लिया है।
हाल ही में डायमंड्स एंड रिलेटेड मटेरियल्स जर्नल में प्रकाशित एक अध्ययन में, उन्होंने एक नई लेजर-आधारित स्लाइसिंग तकनीक की रिपोर्ट दी है जिसका उपयोग चिकनी वेफर्स का उत्पादन करने के लिए इष्टतम क्रिस्टल सतह के साथ हीरे को साफ-सुथरा काटने के लिए किया जा सकता है।
हीरे सहित अधिकांश क्रिस्टल के गुण, विभिन्न क्रिस्टल स्तरों (ऐसी सतहें जिनमें काल्पनिक रूप से क्रिस्टल बनाने वाले परमाणु होते हैं) के साथ भिन्न-भिन्न होते हैं। उदाहरण के लिए, एक हीरे को ｛111｝ की सतह पर आसानी से काटा जा सकता है। हालाँकि, ｛100｝ को काटना चुनौतीपूर्ण है क्योंकि यह विघटित सतह ｛111｝ पर दरारें भी पैदा करता है, जिससे पायदान हानि बढ़ जाती है।
इन अवांछनीय दरारों के प्रसार को रोकने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक हीरा प्रसंस्करण तकनीक विकसित की है जो सामग्री के भीतर एक संकीर्ण, पतला मात्रा पर छोटे लेजर दालों को केंद्रित करती है।
प्रोफेसर हिदाई बताते हैं, "फोकस्ड लेजर विकिरण हीरे को अनाकार कार्बन में परिवर्तित कर देता है, जिसका घनत्व हीरे की तुलना में कम होता है। परिणामस्वरूप, लेजर पल्स द्वारा परिवर्तित क्षेत्र का घनत्व कम हो जाता है और दरारें बन सकती हैं।"
इन्हें विकिरणित करकेलेजर पल्सएक वर्गाकार ग्रिड पैटर्न में पारदर्शी हीरे के नमूने पर, शोधकर्ताओं ने सामग्री के अंदर एक ग्रिड बनाया जिसमें दरार पड़ने की संभावना वाले छोटे क्षेत्र शामिल थे। यदि ग्रिड में संशोधित क्षेत्रों और प्रत्येक क्षेत्र में उपयोग किए जाने वाले लेजर पल्स की संख्या के बीच का अंतर इष्टतम है, तो सभी संशोधित क्षेत्र छोटी दरारों द्वारा एक दूसरे से जुड़े होते हैं जो अधिमानतः ｛100｝ विमान के साथ फैलते हैं। इस प्रकार, ｛100｝ की सतह वाले एक चिकने वेफर को नमूने के एक तरफ एक तेज टंगस्टन सुई को दबाकर आसानी से बाकी ब्लॉक से अलग किया जा सकता है।
कुल मिलाकर, उपरोक्त तकनीक हीरे को भविष्य की प्रौद्योगिकियों के लिए उपयुक्त अर्धचालक सामग्री बनाने में एक महत्वपूर्ण कदम है। इस संबंध में, प्रोफेसर हिदाई कहते हैं: "हीरे के सेमीकंडक्टर उपकरणों के निर्माण के लिए कम लागत पर उच्च गुणवत्ता वाले वेफर्स का उत्पादन करने की हीरे की स्लाइस की क्षमता महत्वपूर्ण है। इस प्रकार, यह शोध हमें हीरे के विभिन्न अनुप्रयोगों को समझने के करीब एक कदम लाता है। समाज में अर्धचालक, जैसे इलेक्ट्रिक कारों और ट्रेनों की बिजली रूपांतरण दर में सुधार।"
