Logran cortar obleas de diamante para semiconductores, sin fallos, gracias a un nuevo láser
El silicio, como el germanio y una gran cantidad de minerales o elementos químicos son usados para crear los chips y semiconductores de todo el mundo. A mayor complejidad de diseño o rendimiento quiera conseguirse el uso de estos se va complicando y ya se están usando aleaciones a nivel nanométrico para crear capas de una oblea que logren conducir la electricidad con un menor nivel de pérdida energética. Lo último en este campo llega desde Japón, ya que han logrado crear un láser para cortar obleas ultrafinas de diamante.
La Universidad de Chiba ha lanzado el avance a nivel mundial y aunque tiene que ser perfeccionado y bajar sus costes el hito no es poco. Y es que los investigadores han conseguido por primera vez cortar diamantes sin esfuerzo de manera que sea usado en chips y semiconductores de manera rentable, con una gran cantidad de aplicaciones casi inimaginable.
Los átomos de los diamantes y el problema del corte
El diamante tiene unas propiedades increíbles en el campo de los semiconductores, y aunque es caro, lo que siempre se ha buscado es poder cortarlo con precisión y estabilidad en finas obleas, de hasta unos 100 nm de grosor, y de una forma extremadamente barata.
Hasta el día de ayer las técnicas eran bastante rudimentarias y cada oblea de diamante tenía que sintetizarse una por una, y no estaba libre de fallos, lo que en conjunto disparaba el coste por unidad hasta límites prohibitivos.
Desde Japón, el profesor Hirofumi Hidai, unido a sus alumnos en la Universidad de Chiba, encontró una solución al problema que promete revolucionar esta parte de la industria. La técnica consigue un corte limpio en el diamante a lo largo del plano cristalográfico, de manera óptima, rápida y barata.
Esto que puede parecer fácil es realmente difícil porque hacerlo con tanta precisión y en grosores y tamaños tan pequeños y grandes al mismo tiempo es un problema. Se formaban grietas debido a la rotura de los átomos en el plano de división. Es decir, cuando cortas diamante tienes que mover los átomos de manera uniforme para que la oblea no se quiebre en ningún punto.
Cortar diamante en obleas mediante pulsos de láser
La solución para lograr el corte es muy ingeniosa, puesto que usa un láser de corto alcance en forma de pulsos, donde crea un haz de luz como un cono que penetra en el material:
“La iluminación láser concentrada transforma el diamante en carbono amorfo, cuya densidad es menor que la del diamante. Por lo tanto, las regiones modificadas por pulsos de láser experimentan una reducción en la densidad y formación de grietas."
En otras palabras, el láser modifica el diamante para hacerlo amorfo y liso, de manera que se puede cortar con una aguja de tungsteno afilada simplemente empujándola contra el material modificado y que no ocurra lo que vemos en la foto inferior.
¿Cómo influirá este nuevo láser y técnica en el mercado? El profesor Hidai lo ve de la siguiente manera:
“El corte de diamantes permite la producción de obleas de alta calidad a bajo costo y es indispensable para fabricar dispositivos semiconductores de diamantes. Por lo tanto, esta investigación nos acerca a la realización de semiconductores de diamante para diversas aplicaciones en nuestra sociedad, como mejorar la relación de conversión de energía en vehículos y trenes eléctricos."
Las aplicaciones son realmente casi infinitas, porque se puede mejorar cualquier chip añadiendo donde corresponde una oblea de diamante. Desde sistemas de audio, baterías, chips, SoC...