Jepang Mengembangkan Teknologi Pengirisan Laser Baru Untuk Semikonduktor Berlian

Berlian merupakan material yang menjanjikan bagi industri semikonduktor, namun mengirisnya menjadi wafer tipis dapat menjadi tantangan dan tantangan tersendiri.
Dalam studi terbaru, tim peneliti di Universitas Chiba mengembangkan teknik berbasis laser baru yang dapat memotong berlian di sepanjang bidang kristal optimal. Penemuan ini akan membantu menjadikan material ini lebih hemat biaya untuk konversi daya yang efisien pada kendaraan listrik, dan teknologi komunikasi berkecepatan tinggi.
Sebelumnya, meskipun sifat-sifat intan menarik bagi industri semikonduktor, penerapan bahan intan dibatasi oleh kurangnya teknologi yang ada di pasaran saat ini untuk memotong intan menjadi irisan tipis secara efisien. Dengan tidak adanya pemotongan yang efisien, wafer harus disintesis satu per satu, sehingga biaya produksinya menjadi mahal di sebagian besar industri.
Sebuah kelompok penelitian Jepang yang dipimpin oleh Profesor Hirofumi Hidai dari Sekolah Pascasarjana Teknik Universitas Chiba baru-baru ini menemukan solusi untuk masalah ini.
Dalam sebuah penelitian yang baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Diamonds and Associated Materials, mereka melaporkan teknik pemotongan berbasis laser baru yang dapat digunakan untuk memotong berlian dengan rapi di sepanjang permukaan kristal yang optimal untuk menghasilkan wafer yang halus.
Sifat sebagian besar kristal, termasuk intan, bervariasi di sepanjang bidang kristal yang berbeda (permukaan yang secara hipotetis mengandung atom pembentuk kristal). Misalnya, berlian dapat dengan mudah dipotong sepanjang permukaan ｛111｝. Namun, pemotongan ｛100｝ merupakan tantangan karena juga menghasilkan retakan di sepanjang permukaan yang hancur ｛111｝, yang meningkatkan hilangnya takik.
Untuk mencegah penyebaran retakan yang tidak diinginkan ini, para peneliti mengembangkan teknik pemrosesan berlian yang memfokuskan pulsa laser pendek pada volume yang sempit dan meruncing di dalam material.
Prof Hidai menjelaskan, "Iradiasi laser terfokus mengubah berlian menjadi karbon amorf, yang memiliki kepadatan lebih rendah daripada berlian. Akibatnya, kepadatan area yang diubah oleh pulsa laser berkurang dan retakan dapat terbentuk."
Dengan menyinari pulsa laser ini ke sampel berlian transparan dalam pola kotak persegi, para peneliti menciptakan kotak di dalam material yang terdiri dari wilayah kecil yang rawan retak. Jika jarak antara daerah yang dimodifikasi dalam grid dan jumlah pulsa laser yang digunakan di setiap daerah optimal, semua daerah yang dimodifikasi dihubungkan satu sama lain melalui retakan kecil yang merambat sepanjang bidang ｛100｝. Jadi, wafer halus dengan permukaan ｛100｝ dapat dengan mudah dipisahkan dari sisa blok hanya dengan mendorong jarum tungsten tajam ke salah satu sisi sampel.
Secara keseluruhan, teknik di atas merupakan langkah kunci dalam menjadikan berlian sebagai bahan semikonduktor yang cocok untuk teknologi masa depan. Dalam hal ini, Prof. Hidai mengatakan: "Kemampuan irisan berlian untuk menghasilkan wafer berkualitas tinggi dengan biaya rendah sangat penting untuk pembuatan perangkat semikonduktor berlian. Oleh karena itu, penelitian ini membawa kita selangkah lebih dekat untuk mewujudkan berbagai penerapan berlian semikonduktor di masyarakat, seperti meningkatkan tingkat konversi daya mobil listrik dan kereta api."