Des chercheurs japonais découpent des plaquettes semi-conductrices à partir de diamants grâce à une nouvelle technique laser

Dans le contexte: Les diamants comptent parmi les matériaux les plus prometteurs pour les applications technologiques, telles que les télécommunications rapides et la conversion d'énergie dans les véhicules électriques ou les centrales électriques. Cependant, les diamants ne sont pas faciles à travailler, car ils ont tendance à se fissurer lorsque l'on essaie d'en découper des plaquettes.

Une nouvelle technique basée sur le laser développée par une équipe de scientifiques japonais de l'Université de Chiba semble permettre de « trancher sans effort » les diamants le long du plan cristallographique optimal. La recherche a été récemment publiée dans la revue Diamond and Related Materials et pourrait aider l’industrie des semi-conducteurs à adopter l’un des matériaux les plus robustes connus de l’homme.

Les diamants ont des propriétés intéressantes pour les applications dans les semi-conducteurs, ont indiqué les chercheurs, car ils ont une bande interdite plus large que le silicium. Ils pourraient théoriquement être utilisés pour créer des semi-conducteurs plus efficaces, capables de fonctionner à des tensions, des fréquences et des températures plus élevées. Cependant, les diamants sont difficiles à adapter aux semi-conducteurs car il n’existe aucune technique efficace pour les découper en tranches minces.

Le professeur Hirofumi Hidai et son équipe de l'université de Chiba proposent une solution au problème : un processus de tranchage au laser qui permet de tailler proprement les diamants sans les casser. Les chercheurs ont déclaré que la nouvelle technique empêche la propagation de fissures indésirables pendant le processus de découpe laser en focalisant de courtes impulsions laser sur un volume étroit en forme de cône à l'intérieur du matériau.

Les impulsions laser transforment le diamant en carbone amorphe avec des niveaux de densité plus faibles. Par conséquent, les régions photographiées avec le laser subissent une réduction de la densité et la formation de fissures, a expliqué le professeur Hidai. Les chercheurs ont créé un motif en forme de grille pour guider la propagation des fissures le long du chemin de coupe désigné, tandis qu'une aiguille pointue en tungstène a été utilisée pour séparer « facilement » une tranche lisse du reste du bloc de diamant.

L'Université de Chiba a déclaré que la nouvelle technique proposée pourrait constituer une étape cruciale vers la transformation des diamants en un « matériau semi-conducteur approprié » pour des technologies futures plus efficaces. Le professeur Hidai a fait remarquer que le découpage des diamants au laser « permet la production de tranches de haute qualité à faible coût » et est indispensable à la fabrication de dispositifs semi-conducteurs en diamant.

La recherche japonaise rapproche l'industrie de la réalisation de semi-conducteurs en diamant pour diverses applications technologiques, a déclaré Hidai. Les tranches découpées au laser pourraient améliorer le taux de conversion de puissance dans les véhicules et les trains électriques.

L'Université de Chiba et l'équipe de Hidai ne sont pas seules à s'efforcer de transformer les diamants en semi-conducteurs. Amazon Web Services s'est récemment associé à Element Six (une filiale du consortium de diamants De Beers) pour créer des diamants synthétiques et les utiliser dans la cryptographie quantique. Les deux sociétés tentent d'exploiter les défauts d'absorption des photons dans les diamants pour créer un réseau mondial de distribution de clés quantiques.