เพชรเป็นวัสดุที่มีแนวโน้มดีสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ แต่การตัดให้เป็นเวเฟอร์แบบบางนั้นเป็นเรื่องที่น่าปวดหัวและท้าทายอย่างยิ่ง
ในการศึกษาเมื่อเร็วๆ นี้ ทีมนักวิจัยที่มหาวิทยาลัยชิบะพัฒนาเทคนิคใหม่ที่ใช้เลเซอร์ที่สามารถเจียระไนเพชรให้ได้ระนาบคริสตัลที่เหมาะสมที่สุด การค้นพบนี้จะช่วยให้วัสดุนี้ประหยัดต้นทุนมากขึ้นสำหรับการแปลงพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพในรถยนต์ไฟฟ้า และเทคโนโลยีการสื่อสารความเร็วสูง
ก่อนหน้านี้ แม้ว่าคุณสมบัติของเพชรจะน่าดึงดูดสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ แต่การประยุกต์ใช้วัสดุเพชรก็มีข้อจำกัดเนื่องจากขาดเทคโนโลยีในตลาดในปัจจุบันในการเจียระไนเพชรให้เป็นชิ้นบาง ๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในกรณีที่ไม่มีการสไลซ์ที่มีประสิทธิภาพ เวเฟอร์จะต้องสังเคราะห์ทีละชิ้น ทำให้ต้นทุนการผลิตลดลงในอุตสาหกรรมส่วนใหญ่
กลุ่มวิจัยของญี่ปุ่นที่นำโดยศาสตราจารย์ Hirofumi Hidai จากบัณฑิตวิทยาลัยวิศวกรรมศาสตร์มหาวิทยาลัย Chiba เพิ่งค้นพบวิธีแก้ปัญหานี้
ในการศึกษาที่ตีพิมพ์เมื่อเร็วๆ นี้ในวารสาร Diamonds and Related Materials พวกเขารายงานเทคนิคการหั่นด้วยเลเซอร์แบบใหม่ที่สามารถใช้ในการเจียระไนเพชรอย่างหมดจดตามพื้นผิวคริสตัลที่เหมาะสมเพื่อผลิตเวเฟอร์ที่เรียบ
คุณสมบัติของคริสตัลส่วนใหญ่ รวมทั้งเพชร จะแตกต่างกันไปตามระนาบคริสตัลที่แตกต่างกัน (พื้นผิวที่สมมุติฐานประกอบด้วยอะตอมที่ประกอบกันเป็นคริสตัล) ตัวอย่างเช่น เพชรสามารถตัดตามพื้นผิวของ ｛111｝ ได้อย่างง่ายดาย อย่างไรก็ตาม การตัดเฉือน ｛100｝ เป็นเรื่องที่ท้าทายเพราะยังทำให้เกิดรอยร้าวตามพื้นผิวที่พังทลาย ｛111｝ ซึ่งจะเพิ่มการสูญเสียรอยบาก
เพื่อป้องกันการแพร่กระจายของรอยแตกที่ไม่พึงประสงค์เหล่านี้ นักวิจัยได้พัฒนาเทคนิคการประมวลผลเพชรที่เน้นเลเซอร์พัลส์สั้นๆ บนปริมาตรที่แคบและเรียวภายในวัสดุ
ศาสตราจารย์ฮิไดอธิบายว่า "การฉายรังสีด้วยเลเซอร์แบบโฟกัสจะเปลี่ยนเพชรเป็นคาร์บอนอสัณฐานซึ่งมีความหนาแน่นต่ำกว่าเพชร ด้วยเหตุนี้ ความหนาแน่นของพื้นที่ที่เปลี่ยนแปลงโดยพัลส์เลเซอร์จึงลดลงและอาจเกิดรอยร้าว"
โดยการฉายรังสีเหล่านี้เลเซอร์พัลส์ลงบนตัวอย่างเพชรโปร่งใสในรูปแบบตารางสี่เหลี่ยม นักวิจัยได้สร้างตารางภายในวัสดุที่ประกอบด้วยบริเวณเล็กๆ ที่มีแนวโน้มที่จะแตกร้าว หากระยะห่างระหว่างขอบเขตที่แก้ไขในกริดและจำนวนพัลส์เลเซอร์ที่ใช้ในแต่ละขอบเขตเหมาะสมที่สุด ขอบเขตที่แก้ไขทั้งหมดจะเชื่อมต่อกันด้วยรอยแตกขนาดเล็กที่กระจายไปตามระนาบ｛100｝ ดังนั้น เวเฟอร์เรียบที่มีพื้นผิว ｛100｝ สามารถแยกออกจากส่วนที่เหลือของบล็อกได้อย่างง่ายดายเพียงแค่ดันเข็มทังสเตนแหลมไปที่ด้านหนึ่งของตัวอย่าง
โดยรวมแล้ว เทคนิคข้างต้นเป็นขั้นตอนสำคัญในการทำให้เพชรเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่เหมาะสมสำหรับเทคโนโลยีในอนาคต ในเรื่องนี้ ศ.ฮิไดกล่าวว่า "ความสามารถของชิ้นส่วนเพชรในการผลิตแผ่นเวเฟอร์คุณภาพสูงด้วยต้นทุนที่ต่ำนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์เพชร ดังนั้น การวิจัยนี้ทำให้เราเข้าใกล้อีกขั้นหนึ่งในการตระหนักถึงการใช้งานต่างๆ ของเพชร สารกึ่งตัวนำในสังคม เช่น การปรับปรุงอัตราการแปลงพลังงานของรถยนต์ไฟฟ้าและรถไฟ"
