Investigadores japoneses cortan obleas semiconductoras de diamantes con una nueva técnica láser

En contexto: Los diamantes se encuentran entre los materiales más prometedores para aplicaciones tecnológicas, como telecomunicaciones rápidas y conversión de energía en vehículos eléctricos o plantas de energía. Sin embargo, no es fácil trabajar con diamantes, ya que tienden a agrietarse al intentar cortarles obleas.

Una nueva técnica basada en láser desarrollada por un equipo de científicos japoneses de la Universidad de Chiba aparentemente proporciona una manera de "cortar sin esfuerzo" diamantes a lo largo del plano cristalográfico óptimo. La investigación se publicó recientemente en la revista Diamond and Related Materials y podría ayudar a la industria de los semiconductores a adoptar uno de los materiales más resistentes conocidos por el hombre.

Los diamantes tienen propiedades atractivas para aplicaciones de semiconductores, dijeron los investigadores, ya que tienen una banda prohibida más amplia que el silicio. En teoría, podrían emplearse para crear semiconductores más eficientes, capaces de trabajar a voltajes, frecuencias y temperaturas más altas. Sin embargo, es difícil adaptar los diamantes a los semiconductores porque no existe una técnica eficaz para cortarlos en finas obleas.

El profesor Hirofumi Hidai y su equipo de la Universidad de Chiba proponen una solución al problema: un proceso de corte basado en láser que puede cortar diamantes limpiamente sin romperlos. Los investigadores afirmaron que la nueva técnica evita la propagación de grietas no deseadas durante el proceso de corte por láser al enfocar pulsos láser cortos en un volumen estrecho en forma de cono dentro del material.

Los pulsos láser convierten el diamante en carbono amorfo con niveles de densidad más bajos. Por lo tanto, las regiones disparadas con el láser sufren una reducción de densidad y formación de grietas, dijo el profesor Hidai. Los investigadores crearon un patrón en forma de rejilla para guiar la propagación de las grietas a lo largo del camino de corte designado, mientras que se utilizó una aguja afilada de tungsteno para separar "fácilmente" una oblea lisa del resto del bloque de diamante.

La Universidad de Chiba dijo que la nueva técnica propuesta podría ser un paso fundamental para convertir los diamantes en un "material semiconductor adecuado" para futuras tecnologías más eficientes. El profesor Hidai destacó cómo cortar diamantes con láser "permite la producción de obleas de alta calidad a bajo costo" y es indispensable para fabricar dispositivos semiconductores de diamantes.

La investigación japonesa acerca a la industria a la fabricación de semiconductores de diamante para diversas aplicaciones tecnológicas, afirmó Hidai. Las obleas cortadas con láser podrían mejorar la tasa de conversión de energía en vehículos y trenes eléctricos.

La Universidad de Chiba y el equipo de Hidai no están solos en su esfuerzo por convertir diamantes en semiconductores. Amazon Web Services se asoció recientemente con Element Six (una subsidiaria del consorcio de diamantes De Beers) para crear diamantes sintéticos y utilizarlos en criptografía cuántica. Las dos empresas están intentando explotar los defectos de los diamantes que absorben fotones para crear una red global para la distribución de claves cuánticas.