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硅基材料是目前半導(dǎo)體領(lǐng)域無(wú)可爭(zhēng)議的領(lǐng)先者，但這依然沒(méi)有停止使世界各地的科學(xué)家努力尋找下一代電子產(chǎn)品和高功率系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)替代品，目前的研究發(fā)現(xiàn)金剛石(鉆石的原石)是電動(dòng)汽車和發(fā)電廠中快速電信和電力轉(zhuǎn)換等應(yīng)用中最有前途的材料之一。

盡管金剛石具有對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)有吸引力的特性，但由于缺乏有效地將金剛石切成薄片的技術(shù)且切割成薄晶圓具有挑戰(zhàn)性，導(dǎo)致無(wú)法工業(yè)應(yīng)用。因此目前金剛石晶片必須一張一張地合成，使得制造成本對(duì)于大多數(shù)行業(yè)來(lái)說(shuō)都過(guò)高。

而本次千葉大學(xué)的研究表示，新型的激光技術(shù)可以輕松地沿著最佳晶體平面切割鉆石。該研究小組的發(fā)現(xiàn)將有助于使鉆石成為具有成本效益的半導(dǎo)體，用于電動(dòng)汽車的高效功率轉(zhuǎn)換和高速通信技術(shù)。

本次突破是由千葉大學(xué)工程研究生院 Hirofumi Hidai 教授領(lǐng)導(dǎo)的日本研究小組研究出來(lái)的方法，在一篇發(fā)表在《鉆石與相關(guān)材料》雜志上的最新研究中報(bào)告了一種新穎的基于激光的切片技術(shù)，可用于沿最佳晶體平面干凈地切片鉆石，從而生產(chǎn)光滑的晶圓。

對(duì)大多數(shù)晶體(包括鉆石)切片的時(shí)候非常困難，且會(huì)在解理面產(chǎn)生裂紋從而增加切口損失。為防止這些不良裂紋的傳播，研究人員開(kāi)發(fā)了一種金剛石加工技術(shù)，將短激光脈沖聚焦到材料內(nèi)狹窄的錐形體積上。

通過(guò)將這些激光脈沖以方形網(wǎng)格圖案照射到透明鉆石樣品上，研究人員在材料內(nèi)部創(chuàng)建了一個(gè)由容易出現(xiàn)裂紋的小區(qū)域組成的網(wǎng)格。如果網(wǎng)格中修改區(qū)域之間的空間和每個(gè)區(qū)域使用的激光脈沖數(shù)量是最佳的，只需將鋒利的鎢針推到樣品側(cè)面，即可輕松將光滑晶圓與塊體的其余部分分離。

總的來(lái)說(shuō)，所提出的技術(shù)是使金剛石成為適合未來(lái)技術(shù)的半導(dǎo)體材料的關(guān)鍵一步。Hirofumi Hidai 教授對(duì)此表示：“金剛石切片能夠以低成本生產(chǎn)高質(zhì)量的晶圓，是制造金剛石半導(dǎo)體器件所不可或缺的，因此這項(xiàng)研究使我們更接近實(shí)現(xiàn)金剛石半導(dǎo)體在社會(huì)中的各種應(yīng)用，例如提高電動(dòng)汽車和火車的功率轉(zhuǎn)換率?！?/p>

據(jù)悉，Hirofumi Hidai 教授于 2004 年在東京工業(yè)大學(xué)獲得博士學(xué)位，2010 年加入千葉大學(xué)，目前擔(dān)任機(jī)械工程系正教授。他的研究興趣主要在于先進(jìn)制造技術(shù)，包括精密加工和激光加工。他已就這些主題發(fā)表了 100 多篇論文，并擁有三項(xiàng)專利。他還是日本激光學(xué)會(huì)、日本應(yīng)用物理學(xué)會(huì)和日本精密工程學(xué)會(huì)等的會(huì)員。