Gør en-krystal diamant klar til elektronik

Silicium har været elektronikkens arbejdshest i årtier, fordi det er et almindeligt element, det er nemt at behandle og har nyttige elektroniske egenskaber. En begrænsning af silicium er, at høje temperaturer skader det, hvilket begrænser driftshastigheden for siliciumbaseret elektronik. Enkeltkrystal diamant er et muligt alternativ til silicium. Forskere fremstillede for nylig en enkelt-krystal diamant wafer, men almindelige metoder til polering af overfladen - et krav til brug i elektronik - er langsomme og skadelige for materialet.

I en undersøgelse for nylig offentliggjort i Videnskabelige rapporter , forskere fra Osaka University og samarbejdspartnere polerede en enkelt krystal diamantskive for at være næsten atomisk glat. Denne procedure vil være nyttig til at hjælpe diamant med at erstatte i det mindste nogle af siliciumkomponenterne i elektroniske enheder.

Diamant er det hårdeste kendte stof og reagerer stort set ikke med kemikalier. Polering af det med et lignende hårdt værktøj beskadiger overfladen, og konventionel poleringskemi er langsom. I dette studie, forskerne modificerede i det væsentlige først kvartsglasoverfladen og polerede derefter diamant med modificerede kvartsglasværktøjer.

"Plasma-assisteret polering er en ideel teknik til en-krystal diamant, " forklarer hovedforfatter Nian Liu. "Plasma aktiverer kulstofatomerne på diamantoverfladen uden at ødelægge krystalstrukturen, som lader en kvartsglasplade blidt udglatte overfladeujævnheder."

En-krystal diamanten, før polering, havde mange trinlignende træk og var generelt bølget, med en gennemsnitlig rodgennemsnitlig ruhed på 0,66 mikrometer. Efter polering, de topografiske defekter var væk, og overfladeruheden var langt mindre:0,4 nanometer.

"Polering reducerede overfladeruheden til næsten-atomisk glathed, "siger seniorforfatter Kazuya Yamamura." Der var ingen ridser på overfladen, som det ses i scaife mekaniske udjævningsmetoder."

Desuden, forskerne bekræftede, at den polerede overflade var uændret kemisk. For eksempel, de opdagede ingen grafit - derfor, intet beskadiget kulstof. Den eneste påviste urenhed var en meget lille mængde nitrogen fra det originale waferpræparat.

"Ved brug af Raman-spektroskopi, den fulde bredde ved det halve maksimum af diamantlinjerne i waferen var den samme, og toppositionerne var næsten identiske, " siger Liu. "Andre poleringsteknikker viser tydelige afvigelser fra ren diamant."

Med denne forskningsudvikling, højeffektive strømudstyr og kølelegemer baseret på enkeltkrystaldiamant kan nu opnås. Sådanne teknologier vil dramatisk sænke strømforbruget og kulstoftilførslen, og forbedre ydeevnen, fremtidige elektroniske enheder.

Artiklen, "Skadefri højeffektiv plasma-assisteret polering af et 20 mm kvadratisk stort mosaik-enkrystal diamantsubstrat, " blev offentliggjort i Videnskabelige rapporter .