Silicium is al tientallen jaren het werkpaard van de elektronica omdat het een gemeenschappelijk element is, het is gemakkelijk te verwerken en heeft handige elektronische eigenschappen. Een beperking van silicium is dat hoge temperaturen het beschadigen, die de werksnelheid van op silicium gebaseerde elektronica beperkt. Eenkristaldiamant is een mogelijk alternatief voor silicium. Onderzoekers hebben onlangs een eenkristal-diamantwafel gefabriceerd, maar gebruikelijke methoden voor het polijsten van het oppervlak - een vereiste voor gebruik in elektronica - zijn traag en schadelijk voor het materiaal.

In een recent gepubliceerd onderzoek in Wetenschappelijke rapporten , onderzoekers van de Universiteit van Osaka en samenwerkende partners hebben een eenkristal-diamantwafel gepolijst om bijna atomair glad te zijn. Deze procedure zal nuttig zijn om diamant te helpen bij het vervangen van ten minste enkele van de siliciumcomponenten van elektronische apparaten.

Diamant is de hardst bekende stof en reageert in wezen niet met chemicaliën. Polijsten met een even hard gereedschap beschadigt het oppervlak en de conventionele polijstchemie is traag. In dit onderzoek, de onderzoekers hebben in wezen eerst het kwartsglasoppervlak aangepast en vervolgens de diamant gepolijst met gemodificeerde kwartsglasgereedschappen.

"Plasma-geassisteerd polijsten is een ideale techniek voor monokristallijne diamant, " legt hoofdauteur Nian Liu uit. "Het plasma activeert de koolstofatomen op het diamantoppervlak zonder de kristalstructuur te vernietigen, waardoor een kwartsglasplaat oppervlakte-onregelmatigheden zachtjes wegwerkt."

De monokristallijne diamant, voor het polijsten, had veel stapachtige kenmerken en was over het algemeen golvend, met een gemiddelde kwadratische ruwheid van 0,66 micrometer. Na het polijsten, de topografische gebreken waren verdwenen, en de oppervlakteruwheid was veel minder:0,4 nanometer.

"Polijsten verminderde de oppervlakteruwheid tot bijna atomaire gladheid, " zegt senior auteur Kazuya Yamamura. "Er waren geen krassen op het oppervlak, zoals gezien in scaife mechanische smoothing benaderingen."

Verder, de onderzoekers bevestigden dat het gepolijste oppervlak chemisch ongewijzigd was. Bijvoorbeeld, ze ontdekten geen grafiet - daarom geen beschadigde koolstof. De enige gedetecteerde onzuiverheid was een zeer kleine hoeveelheid stikstof uit de oorspronkelijke wafelbereiding.

"Met behulp van Raman-spectroscopie, de volledige breedte op het halve maximum van de diamantlijnen in de wafer waren hetzelfde, en de piekposities waren bijna identiek, ", zegt Liu. "Andere polijsttechnieken vertonen duidelijke afwijkingen van pure diamant."

Met deze onderzoeksontwikkeling krachtige stroomapparatuur en koellichamen op basis van enkelkristaldiamant zijn nu haalbaar. Dergelijke technologieën zullen het stroomverbruik en de koolstofinput drastisch verlagen, en de prestaties verbeteren, van toekomstige elektronische apparaten.

Het artikel, "Beschadigingsvrij, zeer efficiënt plasma-geassisteerd polijsten van een 20-mm vierkant groot mozaïek monokristallijn diamantsubstraat, " werd gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .