Il silicio è da decenni il cavallo di battaglia dell'elettronica perché è un elemento comune, è facile da elaborare e ha proprietà elettroniche utili. Una limitazione del silicio è che le alte temperature lo danneggiano, che limita la velocità operativa dell'elettronica a base di silicio. Il diamante monocristallino è una possibile alternativa al silicio. I ricercatori hanno recentemente fabbricato un wafer di diamante a cristallo singolo, ma i metodi comuni di lucidatura della superficie, un requisito per l'uso nell'elettronica, sono lenti e dannosi per il materiale.

In uno studio recentemente pubblicato su Rapporti scientifici , i ricercatori dell'Università di Osaka e i partner che hanno collaborato hanno lucidato un wafer di diamante a cristallo singolo per renderlo quasi atomicamente liscio. Questa procedura sarà utile per aiutare il diamante a sostituire almeno alcuni dei componenti in silicio dei dispositivi elettronici.

Il diamante è la sostanza più dura conosciuta ed essenzialmente non reagisce con le sostanze chimiche. La lucidatura con uno strumento altrettanto duro danneggia la superficie e la chimica di lucidatura convenzionale è lenta. In questo studio, i ricercatori in sostanza hanno prima modificato la superficie del vetro al quarzo e poi hanno lucidato il diamante con strumenti di vetro al quarzo modificati.

"La lucidatura assistita da plasma è una tecnica ideale per il diamante monocristallo, " spiega l'autore principale Nian Liu. "Il plasma attiva gli atomi di carbonio sulla superficie del diamante senza distruggere la struttura cristallina, che consente a una lastra di vetro di quarzo di levigare delicatamente le irregolarità della superficie."

Il diamante monocristallo, prima della lucidatura, aveva molte caratteristiche simili a gradini ed era complessivamente ondulato, con una rugosità quadratica media radice media di 0,66 micrometri. Dopo la lucidatura, i difetti topografici erano spariti, e la rugosità superficiale era molto inferiore:0,4 nanometri.

"La lucidatura ha ridotto la ruvidità della superficie a una levigatezza quasi atomica, " dice l'autore senior Kazuya Yamamura. "Non c'erano graffi sulla superficie, come si vede negli approcci di levigatura meccanica scaife."

Per di più, i ricercatori hanno confermato che la superficie lucidata era inalterata chimicamente. Per esempio, non hanno rilevato grafite, quindi, nessun carbonio danneggiato. L'unica impurità rilevata era una quantità molto piccola di azoto dalla preparazione del wafer originale.

"Utilizzando la spettroscopia Raman, l'intera larghezza a metà del massimo delle linee di diamante nel wafer era la stessa, e le posizioni di picco erano quasi identiche, " dice Liu. "Altre tecniche di lucidatura mostrano chiare deviazioni dal diamante puro".

Con questo sviluppo della ricerca, dispositivi di potenza ad alte prestazioni e dissipatori di calore basati sul diamante a cristallo singolo sono ora realizzabili. Tali tecnologie ridurranno drasticamente il consumo di energia e l'input di carbonio, e migliorare le prestazioni, dei futuri dispositivi elettronici.

L'articolo, "Lucidatura assistita al plasma altamente efficiente e priva di danni di un substrato di diamante monocristallo a mosaico quadrato di 20 mm, " è stato pubblicato in Rapporti scientifici .