金剛石應用于半導體產業，在高頻高壓條件下具有廣泛且不可替代的應用優勢和前景，被認為是制備下一代高功率、高頻、高溫及低功率損耗電子器件最有希望的材料，被業界譽為“終極半導體”。基于業界長期的研發活動，如今金剛石半導體已經開始逐步邁向實用化。然而，金剛石作為硬脆難加工材料的典型代表，目前，切割金剛石的主要方式有水刀切割、電火花切割和激光切割。
激光切割作為一種精密的加工方法，幾乎可以切割所有的材料，激光切割是利用經聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達到燃點，同時借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質，從而實現將工件割開。
       盡管金剛石對半導體行業具有吸引力，但由于缺乏有效地將其切成薄片的技術，其應用受到限制。因此，金剛石晶片必須一個接一個地合成，這使得制造成本對于大多數行業來說都過高。
當地時間周二，由日本千葉大學官網發布消息，該校工程研究生院Hirofumi Hidai教授領導的研究小組找到了解決這個問題的方法。他們使用了一種新型激光切片技術，使用激光脈沖將金剛石切割成薄片，號稱“為下一代半導體材料鋪平了道路”。可用于沿最佳晶體平面干凈地切割金剛石，從而生產光滑的晶圓。

▲ 圖源日本千葉大學官網

       包括金剛石在內的大多數晶體的性質都沿著不同的晶面變化，這些晶面是包含構成晶體的原子的假想表面。雖然人們可以輕松地沿著表面切割金剛石。然而，切割時會沿著解理面產生裂紋。例如，可以容易地沿著{111}表面切割金剛石。然而，切割{100}是具有挑戰性的，因為它也會沿著{111}解理面產生裂紋，增加切口損失。
       為了防止這些裂紋傳播，研究人員開發了一種新的金剛石加工技術，激光不會將金剛石切割成晶圓網格，而是將短激光脈沖聚焦在材料內狹窄的錐形體積上。Hidai教授解釋道，集中激光照射將金剛石轉化為密度低于金剛石的無定形碳。由此產生的金剛石結構中密度較低的網格線為裂紋的傳播提供了預定義的斷裂面。
       研究人員表示，一旦金剛石經過上述處理，就很容易分離出規則形狀的金剛石晶片，為后續的制造工作做好準備。
       總的來說，這項技術是使金剛石成為下一代半導體材料的關鍵一步。對此，Hidai教授表示，金剛石切割能夠以低成本生產高質量的晶圓，是制造金剛石半導體器件所不可或缺的。因此，這項研究使我們更接近實現金剛石半導體在社會中的各種應用，例如提高電動汽車和火車的功率轉換率。目前，該成果已發表在《Diamond & Related Materials》上。
       伴隨全球半導體市場的升級，我國國內設備廠商也迎來新的發展機遇。半導體設備作為國產化的核心領域，對于中國半導體產業鏈安全具有重大意義。近年來，多重因素影響下，本土設備廠商驗證與導入速度也在加快。其中 “切割”領域成為關注亮點之一。尤其是晶圓切割，激光的發展將進一步助力我國半導體國產化進程。
       文章來源IT之家、全球前沿科學及網絡信息，中國超硬材料網綜合整理