الماس مادة واعدة لصناعة أشباه الموصلات ، لكن تقطيعه إلى رقائق رقيقة يمثل صداعًا وتحديًا حقيقيًا.
في دراسة حديثة ، قام فريق من الباحثين فيجامعة تشيباوضعتتقنية جديدة تعتمد على الليزريمكنه قطع الماس على طول المستوى البلوري الأمثل. سيساعد هذا الاكتشاف في جعل هذه المادة أكثر فعالية من حيث التكلفة لتحويل الطاقة بكفاءة في المركبات الكهربائية وتقنيات الاتصال عالية السرعة.
في السابق ، على الرغم من أن خصائص الماس جذابة لصناعة أشباه الموصلات ، إلا أن استخدام مواد الماس كان محدودًا بسبب الافتقار إلى التكنولوجيا الموجودة حاليًا في السوق لتقطيع الماس بكفاءة إلى شرائح رفيعة. في حالة عدم وجود تقطيع فعال ، يجب تصنيع الرقائق واحدة تلو الأخرى ، مما يجعل تكلفة تصنيعها باهظة في معظم الصناعات.
توصلت مجموعة بحثية يابانية بقيادة البروفيسور هيروفومي هيداي من كلية الدراسات العليا للهندسة بجامعة تشيبا مؤخرًا إلى حل لهذه المشكلة.
في دراسة نُشرت مؤخرًا في مجلة Diamonds and Related Materials ، أبلغوا عن تقنية تقطيع جديدة تعتمد على الليزر يمكن استخدامها لقطع الماس بشكل نظيف على طول السطح البلوري الأمثل لإنتاج رقائق ناعمة.
تختلف خصائص معظم البلورات ، بما في ذلك الماس ، على طول المستويات البلورية المختلفة (الأسطح التي تحتوي افتراضيًا على الذرات التي تتكون منها البلورة). على سبيل المثال ، يمكن قطع الماس بسهولة على طول سطح 111｝. ومع ذلك ، فإن التقطيع 100 يمثل تحديًا لأنه ينتج عنه أيضًا تشققات على طول السطح المفكك ｛111 ، مما يزيد من فقدان الشق.
لمنع انتشار هذه التشققات غير المرغوب فيها ، طور الباحثون تقنية معالجة الماس التي تركز نبضات الليزر القصيرة على حجم ضيق ومدبب داخل المادة.
يوضح البروفيسور هيداي أن "الإشعاع بالليزر المركز يحول الماس إلى كربون غير متبلور ، والذي له كثافة أقل من الماس. ونتيجة لذلك ، تقل كثافة المنطقة التي تغيرت بواسطة نبضات الليزر وقد تتشكل شقوق."
عن طريق تشعيع هذهنبضات الليزرعلى عينة من الماس الشفاف في نمط شبكة مربعة ، أنشأ الباحثون شبكة داخل المادة تتكون من مناطق صغيرة معرضة للشقوق. إذا كان التباعد بين المناطق المعدلة في الشبكة وعدد نبضات الليزر المستخدمة في كل منطقة هو الأمثل ، فإن جميع المناطق المعدلة متصلة ببعضها البعض بواسطة شقوق صغيرة تنتشر بشكل تفضيلي على طول المستوى 100. وبالتالي ، يمكن فصل رقاقة ناعمة بسطح 100 بسهولة عن بقية الكتلة عن طريق دفع إبرة تنجستن حادة إلى جانب واحد من العينة.
بشكل عام ، تعد التقنية المذكورة أعلاه خطوة حاسمة في جعل الماس مادة شبه موصلة مناسبة لتقنيات المستقبل. في هذا الصدد ، يقول البروفيسور هيداي: "إن قدرة شرائح الألماس 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 في السيارات الكهربائية والقطارات ".
