เมื่อพูดถึงเพชร ผมคิดว่าหลายคนในชีวิตอาจไม่คุ้นเคยกับมันมากนัก บรรณาธิการเองก็ไม่ได้เข้ามาอยู่ในวงการนี้ และความเข้าใจของผมเกี่ยวกับเพชรก็จำกัดอยู่แค่โครงสร้างที่สมบูรณ์แบบของมันเท่านั้น (หมายเหตุ บรรณาธิการเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านวัสดุเซรามิกเรืองแสง)...เปลี่ยนคำว่า "เพชร" ไปเลยดีกว่า เพราะคำนี้ฝังลึกอยู่ในใจคนมานานแล้ว แวววาว ระยิบระยับ เต็มไปด้วยสิ่งล่อใจ

กลโกงที่สืบทอดกันมานับร้อยปีอย่าง "เพชรคือสิ่งล้ำค่าตลอดกาล" ได้บดบังความสามารถของคนทำเพชรและทำให้พวกเขามีทักษะสูงเกินไป คุณคิดว่าเขาเป็นคนรวย แต่ที่จริงแล้วเขาคือราชาปริมาณการใช้งานเพชรในภาคอุตสาหกรรมนั้นมากกว่าในภาคเครื่องประดับมากโดยเฉพาะอย่างยิ่งในอนาคตด้านงานที่ต้องการความแม่นยำสูง วัสดุเพชรมีศักยภาพอย่างมาก

ในยุคหลังมัวร์ การพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้คาร์บอนเป็นองค์ประกอบหลักได้รับความสนใจอย่างกว้างขวาง ในด้านนาโนอิเล็กทรอนิกส์ มีความก้าวหน้าอย่างมากในการวิจัยนาโนอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้คาร์บอนเป็นองค์ประกอบหลัก โดยเฉพาะอย่างยิ่งท่อนาโนคาร์บอนแบบหนึ่งมิติและกราฟีนแบบสองมิติในสาขาอิเล็กทรอนิกส์กำลัง การวิจัยเกี่ยวกับอิเล็กทรอนิกส์กำลังที่ใช้เพชร ซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีในการทดแทนเซมิคอนดักเตอร์ กำลังแสดงให้เห็นถึงความมีชีวิตชีวาอย่างมาก และแสดงให้เห็นถึงศักยภาพที่จะก้าวขึ้นมาเป็นอิเล็กทรอนิกส์กำลังรุ่นต่อไป

There is a reason why diamond semiconductor is hailed as the ultimate semiconductor by the industry. The current main research focus is based on the properties of diamond itself.

(ภาพจากรายงาน Carbontech 2020 ฉบับ PowerPoint โดยศาสตราจารย์จาง จินเฟิง จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ซีอาน)

เพชรเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่มีแบนด์แก็ปกว้างมาก โดยมีแบนด์แก็ปกว้างถึง 5.5 eV ซึ่งกว้างกว่าวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่มีแบนด์แก็ปกว้าง เช่น GaN และ SiC ดังแสดงในตารางด้านล่าง แบนด์แก็ปกว้างของเพชรนั้นกว้างกว่าซิลิคอนถึง 5 เท่า และความคล่องตัวของพาหะก็กว้างกว่าซิลิคอนถึง 3 เท่า ในทางทฤษฎี ความคล่องตัวของพาหะในเพชรนั้นสูงกว่าวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่มีแบนด์แก็ปกว้างที่มีอยู่ (GaN, SiC) มากกว่า 2 เท่า ในขณะเดียวกัน เพชรมีความเข้มข้นของพาหะภายในต่ำมากที่อุณหภูมิห้อง นอกจากนี้ นอกจากความแข็งสูงสุดแล้ว เพชรยังมีค่าการนำความร้อนสูงสุดในบรรดาวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งสูงกว่า AlN ถึง 7.5 เท่า จากพารามิเตอร์ประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมเหล่านี้ เพชรจึงถูกพิจารณาว่าเป็นวัสดุที่มีศักยภาพมากที่สุดสำหรับการเตรียมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์รุ่นต่อไปที่มีกำลังสูง ความถี่สูง อุณหภูมิสูง และการสูญเสียพลังงานต่ำ และได้รับการยกย่องจากอุตสาหกรรมว่าเป็น "เซมิคอนดักเตอร์ขั้นสุดยอด"

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ยุคการสื่อสาร 5G กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว และการประยุกต์ใช้เพชรผลึกเดี่ยวในเซมิคอนดักเตอร์และอุปกรณ์กำลังไฟฟ้าความถี่สูงก็มีความโดดเด่นมากขึ้นเรื่อยๆ เพชรผลึกเดี่ยวและผลิตภัณฑ์จากเพชรเป็นวัสดุพื้นฐานที่สำคัญสำหรับการดำเนินงานตามยุทธศาสตร์สำคัญของประเทศ เช่น การประมวลผลความแม่นยำสูงและโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ รวมถึงการยกระดับกลุ่มอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การผลิตอัจฉริยะและการสื่อสาร 5G การพัฒนาและการนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้ในเชิงอุตสาหกรรมมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความมั่นคงของอุตสาหกรรมการผลิตอัจฉริยะและบิ๊กดาต้าของจีน

ด้วยเหตุนี้ ทิศทางการวิจัยที่ต้องการวัสดุเพชรLarge size, low defects, low resistivity and high thermal conductivityทิศทางการพัฒนา.

การวิจัยในปัจจุบันเกี่ยวกับวัสดุและอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์เพชรส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่ประเด็นต่อไปนี้:

The preparation methods of diamond are mainly divided into high temperature and high pressure method (HPHT) and plasma chemical vapor deposition method (PCVD). Compared with HPHT method and other PCVD methods,MPCVD เป็นกระบวนการปล่อยประจุแบบไร้ขั้วไฟฟ้า ปราศจากมลพิษ และควบคุมการเรียงตัวของผลึกได้อย่างแม่นยำ มีข้อดีที่เห็นได้ชัดเจนในการเตรียมเพชรขนาดใหญ่ ความบริสุทธิ์สูง และการวิจัยเกี่ยวกับการเจือปน จึงเป็นวิธีการที่นิยมใช้ในการเตรียมเพชรคุณภาพสูงและใช้งานได้หลากหลายสาขา.

ในด้านการพัฒนาเทคโนโลยีหลักและการนำอุปกรณ์ MPCVD ขั้นสูงออกสู่ตลาด ทีมงานจากญี่ปุ่น สหรัฐอเมริกา เยอรมนี และประเทศอื่นๆ อยู่ในตำแหน่งผู้นำ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง บริษัท Seki ของญี่ปุ่นครองตำแหน่งผู้นำระดับโลกและรักษาความเป็นผู้นำทางเทคโนโลยีในการพัฒนาและการประยุกต์ใช้อุปกรณ์ MPCVD แบบหน้าต่างควอตซ์แบนและอุปกรณ์ MPCVD แบบ CAP ส่วนในด้านการพัฒนาและการประยุกต์ใช้อุปกรณ์ MPCVD แบบระฆังควอตซ์ ทีมงาน Asmussen จากมหาวิทยาลัยมิชิแกนสเตทในสหรัฐอเมริกาได้พัฒนาอุปกรณ์แรงดันสูง (>2.4×10)4Pa) ทำงานในโพรงเรโซแนนซ์พลาสมาไมโครเวฟที่มีความหนาแน่นพลังงานสูง เพื่อให้ได้การตกตะกอนของเพชรด้วยความเร็วสูง

ในแง่ของการพัฒนาและการประยุกต์ใช้เครื่อง MPCVD แบบวงแหวนควอตซ์นั้น เครื่อง MPCVD ที่ผลิตโดย Plassys จากฝรั่งเศสและ iPlas จากเยอรมนีถือเป็นตัวแทนที่ดี โดยเครื่องของ iPlas มีโครงสร้างการเชื่อมต่อช่องไมโครเวฟและเหมาะสำหรับการเตรียมเพชรขนาดใหญ่ แต่มีอัตราการตกตะกอนที่ไม่ค่อยดีนัก ส่วนในการวิจัยและพัฒนาเครื่อง MPCVD แบบโพรงเรโซแนนซ์ทรงรีนั้น สถาบัน Fraunhofer ของเยอรมนีและ Aixtron ได้รักษามาตรฐานระดับโลกมาโดยตลอด เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่อง MPCVD แบบระฆังควอตซ์หรือแบบวงแหวนควอตซ์แล้ว เครื่องที่มีโครงสร้างนี้เหมาะสำหรับใช้กับแหล่งพลังงานไมโครเวฟที่มีกำลังสูงกว่า ซึ่งเป็นประโยชน์ในการสร้างพลาสมาในพื้นที่ที่ใหญ่ขึ้นการสร้างพลาสมาไมโครเวฟที่มีความสม่ำเสมอ เสถียร และครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่ คือเป้าหมายสูงสุดของผู้พัฒนาอุปกรณ์ MPCVD

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ทีมวิจัยในประเทศที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาอุปกรณ์ MPCVD ได้ประสบความสำเร็จในระดับหนึ่งในการพัฒนาโพรงเรโซแนนซ์ MPCVD แบบใหม่ อย่างไรก็ตาม เมื่อเทียบกับทีมงานต่างประเทศที่มีความก้าวหน้าแล้ว มีบริษัทหรือสถาบันในประเทศเพียงไม่กี่แห่งที่สามารถเอาชนะอุปสรรคทางเทคนิคในการผลิตเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่ได้ ดังนั้นความก้าวหน้าในเทคโนโลยีสำคัญๆ เช่น การออกแบบตัวเรโซเนเตอร์พลาสมาไมโครเวฟที่เหมาะสมที่สุดอย่างอิสระ และการปรับปรุงกระบวนการเตรียมเพชรขนาดใหญ่ จำเป็นต้องได้รับการลงทุนและการวิจัยอย่างต่อเนื่องจากทีมงานภายในประเทศที่เกี่ยวข้องอย่างเร่งด่วน ยังมีหนทางอีกยาวไกลให้สำรวจในอนาคต

ในฐานะวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ ข้อกำหนดในการเตรียมและการใช้งานของเพชรผลึกเดี่ยวและเพชรผลึกหลายเม็ดนั้นแตกต่างกันอย่างมาก

วิธีการเตรียมฟิล์มเพชรผลึกหลายเหลี่ยม CVD รวมถึงกระบวนการ CVD ด้วยพลาสมาเจ็ทอาร์คกระแสตรงกำลังสูง, CVD ด้วยลวดร้อน และ MPCVD เป็นต้นการเตรียมฟิล์มเพชรผลึกหลายเหลี่ยมคุณภาพสูงสำหรับงานด้านทัศนศาสตร์และอิเล็กทรอนิกส์นั้น จำเป็นต้องมีอัตราการตกตะกอนที่เหมาะสมและมีความหนาแน่นของข้อบกพร่องต่ำมากหรือสามารถควบคุมได้ กระบวนการ MPCVD ที่ปราศจากการปนเปื้อนของอิเล็กโทรดจะกลายเป็นวิธีการที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการเตรียมฟิล์มเพชรคุณภาพสูงสำหรับงานด้านอิเล็กทรอนิกส์และทัศนศาสตร์อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ อย่างไรก็ตาม อัตราการเติบโตของเพชรผลึกหลายเหลี่ยมนั้นช้า และความสม่ำเสมอของการเรียงตัวของผลึกมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อกระบวนการผลิต ทำให้การประมวลผลทำได้ยาก

ปัจจุบัน Element Six ประสบความสำเร็จในการผลิตเพชรผลึกหลายเหลี่ยมเกรดอิเล็กทรอนิกส์ขนาด 4 นิ้วในปริมาณมากเพื่อการค้า ทีมของ Li Chengming จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีปักกิ่ง ทีมของ Wang Jianhua จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีหวู่ฮั่น และทีมของ Yu Shengwang จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีไท่หยวน ต่างก็ประสบความสำเร็จในระดับหนึ่งในการวิจัยเกี่ยวกับการเตรียมฟิล์มเพชรผลึกหลายเหลี่ยมเกรดแสงด้วยวิธี MPCVD แม้ว่าฟิล์มเพชรผลึกหลายเหลี่ยมเกรดแสงและเกรดอิเล็กทรอนิกส์ในประเทศจะยังมีช่องว่างอยู่กับระดับความก้าวหน้าในระดับสากล แต่ฟิล์มเพชรผลึกหลายเหลี่ยมเกรดแสงที่พัฒนาโดยทีมงานในประเทศและต่างประเทศสามารถตอบสนองความต้องการของหน้าต่างนำทางแบบสองโหมดอินฟราเรด/เรดาร์ และ CO2 กำลังสูงได้2ข้อกำหนดพื้นฐานสำหรับการใช้งานหน้าต่างเครื่องประมวลผลด้วยเลเซอร์และหน้าต่างไมโครเวฟกำลังสูง

เมื่อเปรียบเทียบกับเงื่อนไขการเตรียมและการใช้งานที่ยากลำบากของฟิล์มเพชรผลึกหลายเหลี่ยมเกรดออปติกและเกรดอิเล็กทรอนิกส์ ฟิล์มเพชรผลึกหลายเหลี่ยมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นในฐานะตัวระบายความร้อนสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าเซมิคอนดักเตอร์ และมีความต้องการที่สูงกว่าและเร่งด่วนกว่ามาก ระดับเทคโนโลยีในปัจจุบันของการตกตะกอนก็ค่อนข้างง่ายที่จะบรรลุผลสำเร็จ

นอกจากนี้ ข้อได้เปรียบด้านต้นทุนการผลิตของเพชรผลึกหลายเหลี่ยมนั้นชัดเจนกว่าเพชรผลึกเดี่ยวมาก ในช่วง 30 ปีที่ผ่านมา การวิจัยเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้ฟิล์มเพชรผลึกหลายเหลี่ยม MPCVD เป็นวัสดุระบายความร้อนในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ไม่เคยหยุดนิ่ง ปัจจุบัน ฟิล์มเพชรผลึกหลายเหลี่ยมขนาดนิ้วที่ใช้ซิลิคอนเป็นฐานถูกนำไปใช้ในอุปกรณ์ HEMT และความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้า RF ของอุปกรณ์ได้รับการปรับปรุงอย่างมีประสิทธิภาพ โดยสูงกว่า 23 วัตต์/มม. ปัจจุบัน ขนาดของฟิล์มเพชรผลึกหลายเหลี่ยมเกรดวัสดุระบายความร้อนที่เตรียมได้นั้นมีขนาดถึง 8 นิ้ว ด้วยการปรับปรุงและยกระดับเทคโนโลยี MPCVD คาดว่าจะสามารถใช้งานร่วมกับสายการผลิตเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ขนาด 8 นิ้วที่มีอยู่ได้ ซึ่งจะนำไปสู่การประยุกต์ใช้และการส่งเสริมวัสดุระบายความร้อนเพชรผลึกหลายเหลี่ยมในอุตสาหกรรมวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ในวงกว้างในที่สุด

เมื่อเปรียบเทียบกับเพชรผลึกหลายเหลี่ยม เพชรผลึกเดี่ยว (SCD) ที่ไม่มีข้อจำกัดของขอบเขตผลึกจะมีคุณสมบัติทางแสงและไฟฟ้าที่ดีกว่า มีศักยภาพในการใช้งานที่โดดเด่นในสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีล้ำสมัย เช่น เครื่องตรวจจับรังสีสำหรับการสื่อสาร/การคำนวณควอนตัม จอแสดงผลแบบปล่อยอิเล็กตรอนด้วยสนามแม่เหล็กแบบแคโทดเย็น เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ วงจรรวมหลายมิติของชิป CPU ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ และแท่งรองรับการนำความร้อนของท่อคลื่นไมโครเวฟกำลังสูงสำหรับเรดาร์ทางทหาร การเตรียม SCD ขนาดใหญ่และคุณภาพสูงจึงเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่ง

แผ่นเพชรนั้นต้องมีขนาดใหญ่กว่า 2 นิ้ว ปัจจุบัน เทคโนโลยีหลักในการเตรียมเพชรและแผ่นเพชรขนาดใหญ่ ได้แก่การเจริญเติบโตแบบโฮโมเอพิแท็กเซียล การเตรียมเวเฟอร์แบบโมเสก และการเจริญเติบโตแบบเฮเทอโรเอพิแท็กเซียลและเทคโนโลยีอื่นๆ

วิธีการต่อแบบโมเสกการเชื่อมต่อและการเจริญเติบโตของแผ่นรองพื้นหลายแผ่นที่มีความสม่ำเสมอ ร่วมกับเทคโนโลยีการลอกออก (lift-off technology) เป็นวิธีการที่มีความเป็นไปได้สูงในการเตรียมแผ่นผลึกเดี่ยวขนาดใหญ่ ปัจจุบันสามารถผลิตแผ่นเวเฟอร์ผลึกเดี่ยวขนาดสูงสุด 2 นิ้วได้แล้ว อย่างไรก็ตาม ข้อกำหนดเรื่องความสม่ำเสมอสูงของแผ่นรองพื้นและการมีอยู่ของขอบเกรนจะนำไปสู่ปัญหาต่างๆ เช่น ความเครียดและข้อบกพร่องที่รอยต่อ ซึ่งส่งผลต่อคุณภาพของแผ่นผลึกเดี่ยวที่เชื่อมต่อกัน นอกจากนี้ ต้นทุนยังสูง ต้องใช้เทคโนโลยีการลอกออก และผลผลิตต่ำมาก

(ภาพจากรายงาน Carbontech 2020 ฉบับ PowerPoint โดยศาสตราจารย์จาง จินเฟิง จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ซีอาน)

สังเคราะห์คุณภาพสูงโฮโมเอพิแท็กเซียลชั้นเพชรเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีที่สำคัญสำหรับการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้เพชร มีคุณสมบัติเด่นคือมีความหนาแน่นของข้อบกพร่องต่ำ และขนาดสูงสุดสามารถสูงถึง 0.5 นิ้ว (1 นิ้ว = 2.54 เซนติเมตร) ในกระบวนการเตรียมเพชรผลึกเดี่ยวแบบโฮโมอิพิแท็กเซียลนั้น วิธีการลอกเพชรผลึกเดี่ยวออกจากพื้นผิวเป็นขั้นตอนที่สำคัญมาก และค่อนข้างยาก เนื่องจากพื้นผิวก็เป็นเพชรผลึกเดี่ยวที่แข็งมากเช่นกัน จึงไม่สามารถตัดได้ด้วยวิธีการตัดแบบธรรมดา วิธีที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ การขัดเงาเชิงกลและการตัดด้วยเลเซอร์

(ภาพจากรายงาน Carbontech 2020 ฉบับ PowerPoint โดยศาสตราจารย์จาง จินเฟิง จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ซีอาน)

นอกจากการเจริญเติบโตแบบโฮโมเอพิแท็กเซียลแล้ว การเจริญเติบโตแบบเฮเทอโรเอพิแท็กเซียลก็เป็นอีกวิธีที่มีประสิทธิภาพในการปลูกเพชรผลึกเดี่ยวขนาดใหญ่ เฮเทอโรเอพิแท็กเซียลหมายถึงการใช้ชั้นบัฟเฟอร์บนซิลิคอน แซฟไฟร์ แมกนีเซียมออกไซด์ และวัสดุรองรับอื่นๆ เพื่อลดความไม่เข้ากันทางความร้อนและความไม่เข้ากันของโครงสร้างผลึกระหว่างเพชรและวัสดุรองรับ และในที่สุดก็บรรลุการเจริญเติบโตของฟิล์มเพชรผลึกเดี่ยว ชั้นบัฟเฟอร์ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดคือไอริเดียม เป็นต้น ในทางทฤษฎี วิธีนี้สามารถปลูกเพชรผลึกเดี่ยวที่มีพื้นที่ขนาดใหญ่เพียงพอที่จะตอบสนองความต้องการทางอุตสาหกรรมในด้านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้ ข้อเสียหลักคือความหนาแน่นของข้อบกพร่องสูง

หลังจากความก้าวหน้าในเทคโนโลยีสำคัญๆ เช่น การเติมไนโตรเจนเพื่อเร่งการเติบโต การเติบโตที่มีประสิทธิภาพสูงด้วยการปล่อยประจุแบบพัลส์ และการลอกด้วยการฝังไอออนในเทคโนโลยีการเติบโตด้วยกระบวนการตกตะกอนไอสารเคมีด้วยพลาสมาไมโครเวฟ (MPCVD) ทำให้สามารถบรรลุการเติบโตแบบเอพิเท็กเซียลความเร็วสูงสามมิติแบบซ้ำๆ หลายทิศทางด้วย MPCVD (อัตราการเติบโต 100 μm·h) ได้ในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา-1รวมถึงเทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรมใหม่ เช่น การเติบโตของขอบเพชรขนาดใหญ่ หนา และเป็นผลึกหลายเหลี่ยม และการใช้พลาสมา CVD ในระบบ (H, C, N, O) เป็นเวลา 200 ชั่วโมงโดยไม่มีขอบเขตและมีการเติบโตอย่างต่อเนื่อง

สำหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์เพชร การเติมสารเจือปนลงในวัสดุเพชรเป็นเทคโนโลยีพื้นฐานในการสร้างอุปกรณ์กำลังไฟฟ้าปัญหาใหญ่ที่สุดในการนำเซมิคอนดักเตอร์เพชรมาใช้ในเชิงพาณิชย์คือ การเติมสารเจือปนในปริมาณมากอย่างมีประสิทธิภาพในเพชรยังไม่สามารถแก้ไขได้ การผลิตทรานซิสเตอร์ชนิด P นั้นง่าย แต่การผลิตทรานซิสเตอร์ชนิด N นั้นยาก.เทคโนโลยีการเจือปนเพชรชนิด p นั้นค่อนข้างสมบูรณ์แล้ว และสารเจือปนหลักคืออะตอมของโบรอน สำหรับเพชรชนิด p นั้น สามารถเติมโบรอนเข้าไปในเพชรธรรมชาติและเพชร MPCVD ได้ง่าย และไม่มีปัญหาเรื่องทิศทางการเรียงตัวของผลึก แต่ประสิทธิภาพการกระตุ้นของโบรอนที่อุณหภูมิห้องนั้นน้อยกว่า 0.1% ความเข้มข้นของการเจือปนและการเคลื่อนที่ของโบรอนในเพชรมีความสัมพันธ์แบบแลกเปลี่ยนกัน ความเข้มข้นของการเจือปนที่มากเกินไปมักนำไปสู่การลดลงอย่างรวดเร็วของการเคลื่อนที่ เมื่อความเข้มข้นของการเจือปนโบรอนอยู่ที่ 1019 cm-3ระยะการเคลื่อนที่จะลดลงเหลือ 100 ซม.2·วี -1·ส-1ต่อไปนี้

(ภาพจากรายงาน Carbontech 2020 ฉบับ PowerPoint โดยศาสตราจารย์จาง จินเฟิง จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ซีอาน)

เมื่อพิจารณาจากตำแหน่งของอะตอมคาร์บอน (C) ในเพชร (รัศมีพันธะโควาเลนต์ 0.077 นาโนเมตร) ในตารางธาตุ อะตอมที่อยู่ใกล้ที่สุดคืออะตอมไนโตรเจน (N) (0.075 นาโนเมตร) ซึ่งทำให้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับการเติมสารเจือปนแบบ n-type ในเพชร อย่างไรก็ตาม หลังจากเติมสารเจือปนแล้ว อะตอม N ที่เข้ามาแทนที่อะตอม C ในเพชรจะเกิดการบิดเบี้ยวเนื่องจากปรากฏการณ์ Jahn-Teller ทำให้โครงสร้างแลตติสในบริเวณนั้นบิดเบี้ยวและอะตอม N เบี่ยงเบนออกจากตำแหน่งที่ถูกแทนที่ ระดับพลังงานการเติมสารเจือปนนั้นต่ำมากถึง 1.7 อิเล็กตรอนโวลต์ ทำให้ยากต่อการนำไฟฟ้าที่อุณหภูมิห้อง

(ภาพจากรายงาน Carbontech 2020 ฉบับ PowerPoint โดยศาสตราจารย์จาง จินเฟิง จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ซีอาน)

With the continuous development of diamond semiconductor technology, bottlenecks such as n-type doping technology, large-size and high-quality single crystal preparation, and high-flatness and high-uniformity material epitaxy technology will surely be broken through in the future to realize diamond electronic devices with higher power performance. But this is inseparable from the unremitting efforts of scientific researchers!

power diodeในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา ความก้าวหน้าของวัสดุเพชร CVD ในแง่ของขนาดใหญ่ ข้อบกพร่องต่ำ และการเจือปนสูง ได้ผลักดันการพัฒนาไดโอดเพชรไปในทิศทางของแรงดันพังทลายสูง ความแข็งแรงของสนามพังทลายสูง ความต้านทานขณะเปิดต่ำ อัตราการสวิตช์สูง และการทำงานที่อุณหภูมิสูง ทั้งไดโอด SBD และไดโอด pn junction กำลังอยู่ระหว่างการพัฒนา โดยไดโอด SBD เพชรมีการพัฒนาที่รวดเร็วกว่าและอยู่ในขั้นตอนการทดลองใช้งานเบื้องต้นแล้ว

สาเหตุหลักที่ทำให้ไดโอดและทรานซิสเตอร์เพชรมีแรงดันพังทลายต่ำ (น้อยกว่า 500 โวลต์) คือความยากลำบากในการควบคุมสารเจือปนในเพชรเพชรเป็นวัสดุที่มีความหนาแน่นของอะตอมสูงที่สุดบนโลก ยกเว้นอะตอมขนาดเล็กบางชนิด เช่น ธาตุไฮโดรเจน ฟอสฟอรัส ไนโตรเจน และซิลิคอน การจะเพิ่มอะตอมขนาดใหญ่อื่นๆ เข้าไปในผลึกของเพชรนั้นเป็นเรื่องยาก

ไดโอดขาเพชรis an advanced device suitable for high-power applications, except that its critical electric field is 3 MV·cm-1(ขีดจำกัดทางทฤษฎีของ SiC) ความต้านทานอนุกรมของไดโอดพินเพชรสามารถลดลงได้อย่างมากโดยการใช้ชั้นที่มีการเจือสารอย่างหนาแน่น ในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีไดโอดพินเพชรได้ก้าวหน้าไปอย่างมาก เช่น ความก้าวหน้าในการเตรียมชั้น p+ และ n+ ที่มีการเจือสารอย่างหนาแน่นด้วยกลไกการนำไฟฟ้าแบบเปลี่ยนผ่าน กลไกการขนส่งพาหะของไดโอดจังก์ชัน p+-i-n+ เพชรที่มีความต้านทานต่ำและการนำไฟฟ้าแบบเปลี่ยนผ่าน การออกแบบการเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้างวัสดุของไดโอด pn เพชรแบบ Schottky (SPND) การเติบโตแบบเลือกของ n+ การวิจัยเกี่ยวกับกลไกของผลกระทบของข้อบกพร่องที่ส่วนต่อประสานของชั้นและไดโอดจังก์ชัน pn ต่อการรั่วไหลย้อนกลับ การวิจัยเกี่ยวกับการฟื้นตัวย้อนกลับและอายุการใช้งานของพาหะส่วนน้อยของไดโอดพินเพชร การวิจัยเกี่ยวกับกลไกของความสูงของกำแพง Schottky ที่ไม่สม่ำเสมอของไดโอดพินเพชรแบบ Schottky (SPIND) และเทคโนโลยีสำคัญอื่นๆ

ทรานซิสเตอร์กำลังและวงจรลอจิก

ทรานซิสเตอร์เพชรมีความก้าวหน้าในทั้งด้านอิเล็กทรอนิกส์กำลังและอิเล็กทรอนิกส์ไมโครเวฟ ในด้านอิเล็กทรอนิกส์กำลัง ทิศทางการพัฒนาเน้นไปที่แรงดันพังทลายสูง ความแข็งแรงของสนามพังทลายสูง การทำงานที่อุณหภูมิสูง ความต้านทานขณะเปิดต่ำ อัตราการสวิตช์สูง และอุปกรณ์แบบปกติปิดทรานซิสเตอร์แบบเพชรส่วนใหญ่ประกอบด้วย FET หลายประเภท ได้แก่ทรานซิสเตอร์สนามแม่เหล็กโลหะ-สารกึ่งตัวนำ (MESFETs), MOSFETs และ JFETsเป็นต้น มีช่องสัญญาณอยู่สองประเภท ได้แก่ พื้นผิวปลายไฮโดรเจนของเพชร ก๊าซโฮลแบบสองมิติ และชั้นเจือสารแบบ p-type ด้วยความก้าวหน้าของวัสดุเจือสารแบบ n-type อุปกรณ์ไบโพลาร์ของเพชรจึงเริ่มปรากฏขึ้น และเมื่อเร็วๆ นี้ได้มีการพัฒนาทรานซิสเตอร์ไบโพลาร์แบบเฮเทอโรจังก์ชันขึ้นมา ในด้านอิเล็กทรอนิกส์ไมโครเวฟ FET ที่มีปลายไฮโดรเจนเป็นที่นิยมและกำลังพัฒนาไปสู่ค่า fT/fmax สูงและความหนาแน่นพลังงานสูง

MESFET ที่ทำจากเพชรใช้กลไก Schottky barrier ในการปรับและควบคุมช่องสัญญาณ ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ได้แก่ การผสมผสานระหว่างระยะห่างระหว่างเกตและเดรนที่กว้างและช่องสัญญาณ p ที่เจือจางเล็กน้อย การวิจัยเกี่ยวกับผลกระทบของระยะห่างระหว่างเกตและซอร์สที่ลดลง การผ่านการทดลองฉายรังสีนิวตรอน 14.8 MeV ความเข้มข้นของการเจือจางโบรอนที่สูงขึ้นและเทคโนโลยีชั้นช่องสัญญาณแบบ epitaxial บนพื้นผิวที่ดี และการอบชุบด้วยความร้อนสูงของ MESFET เพชรที่เจือจางด้วยโบรอน

Diamond MOSFETทรานซิสเตอร์เพชรเป็นทรานซิสเตอร์ที่ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางที่สุด โดยใช้โครงสร้างควบคุมเกตแบบ MOS เพื่อลดกระแสรั่วไหลของเกต ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ทรานซิสเตอร์ MOSFFT เพชรได้รับการพัฒนาอย่างโดดเด่นด้วยอุปกรณ์ช่องสัญญาณที่สิ้นสุดด้วยไฮโดรเจน และได้สร้างความก้าวหน้าในเทคโนโลยีสำคัญหลายด้าน เช่น โครงสร้างชั้นออกไซด์เกต Al2O3 ที่มีความเสถียรสูง

สำหรับการใช้งานอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ทำงานที่แรงดันสูงและอุณหภูมิสูง อุปกรณ์ JFET ชนิดช่องสัญญาณตัวเรือนเพชรนั้นมีข้อได้เปรียบมากกว่าอุปกรณ์ชนิดช่องสัญญาณพื้นผิว เนื่องจากมีความเสถียรกว่า

ไดมอนด์ บีเจทีทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ชนิดเพชร (BJT) เป็นหนึ่งในอุปกรณ์สวิตช์พลังงานหลัก เมื่อเปรียบเทียบกับทรานซิสเตอร์แบบ FET ที่ใช้เพชรเป็นวัสดุปิดปลายเกต ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ชนิดเพชรไม่มีชั้นไดอิเล็กทริกที่เกต ไม่มีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าที่พื้นผิวจากการปิดปลายเกตด้วยไฮโดรเจน และมีผลกระทบจากการปรับเปลี่ยนการนำไฟฟ้าที่สามารถทำให้เกิดการฉีดพาหะส่วนน้อย ส่งผลให้ความต้านทานขณะเปิดวงจรอาจต่ำลง พารามิเตอร์สำคัญของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ชนิดเพชรคือปัจจัยการขยายกระแสของตัวปล่อยร่วม ซึ่งช่วยให้สามารถขยายกระแสได้เมื่อเทียบกับทรานซิสเตอร์แบบ FET ที่ใช้เพชรเป็นวัสดุปิดปลายเกต เพื่อลดความต้องการพลังงานของวงจรขับ

วงจรตรรกะเพชรการพัฒนาวงจรลอจิกเพชรเป็นก้าวแรกในการพัฒนาวงจรรวมเพชร ด้วยการพัฒนา MISFET เพชรที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น การวิจัยและพัฒนาวงจรลอจิกเพชรจึงได้รับการผลักดันอย่างมาก

RF FETเพชรมีคุณสมบัติของสารกึ่งตัวนำ เช่น การนำความร้อนสูง ความแข็งแรงของสนามไฟฟ้าที่ทำให้เกิดการแตกตัวสูง และความเร็วการอิ่มตัวของพาหะสูง ด้วยเหตุนี้ อุปกรณ์ความถี่สูงและกำลังสูงที่ทำจากเพชรจึงเป็นหนึ่งในหัวข้อวิจัยที่สำคัญของอิเล็กทรอนิกส์เพชร

GaN บนเพชร HEMT:The covalent bonds between diamond atoms are extremely strong, giving the rigid structure a high vibration frequency. Its Debye characteristic temperature is as high as 2200 K. The phonon scattering is small, so the resistance to heat conduction using phonons as a medium is extremely small. Its thermal conductivity is five times that of copper, up to 2000 W/(m·K). Wide-bandgap semiconductor GaN microwave electronics has become the current mainstream after nearly two decades of development, and its thermal management issues have become the main obstacle to its further development. Therefore, the combination of the thermal conductivity advantages of ultra-wide-bandgap diamond and GaN technology has become inevitable for the development of the next generation of GaN microwave electronics. It also provides a basis for the ongoing development of GaN microwave electronics.2O3ให้ข้อมูลอ้างอิงสำหรับการจัดการความร้อนของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ฯลฯ วัสดุเพชรสามารถใช้เป็นวัสดุจัดการความร้อนสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง และกำลังได้รับการพัฒนาไปในทิศทางของขนาดใหญ่ ความต้านทานความร้อนที่ส่วนต่อประสานต่ำ และการนำความร้อนสูง

...

ด้วยการใช้งานเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สามอย่างแพร่หลายและการมาถึงของยุค 5G วัสดุจัดการความร้อนสำหรับบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์แบบดั้งเดิมและแม้แต่วัสดุชิปกำลังเผชิญกับความท้าทายอย่างมากในการพัฒนา วัสดุคาร์บอนขั้นสูงและวัสดุผสมของคาร์บอน ซึ่งเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา จะมีบทบาทสำคัญในด้านการระบายความร้อนของอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์กำลังสูงและความถี่สูง และจะกลายเป็นวัสดุจัดการความร้อนที่เหมาะสมที่สุดในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์! (รวมถึงวัสดุระบายความร้อน วัสดุบรรจุภัณฑ์ วัสดุฐาน ฯลฯ)

(ภาพจากรายงาน Carbontech 2020 ฉบับนำเสนอโดยศาสตราจารย์ Wang Chengyong จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมณฑลกวางตุ้ง)

แผ่นรองรับการระบายความร้อนที่ทำจากเพชรในอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ GaN:ประสิทธิภาพสูงสุดของอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้แกลเลียมไนไตรด์ (GaN) นั้นถูกจำกัดด้วยค่าการนำความร้อนต่ำของวัสดุรองรับที่ใช้ในการเคลือบ GaN เพชรที่ได้จากการตกตะกอนด้วยไอสารเคมี (CVD) ซึ่งมีค่าการนำความร้อนสูง จึงกลายเป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับวัสดุรองรับการถ่ายเทความร้อนในอุปกรณ์ไฟฟ้า GaN นักวิชาการที่เกี่ยวข้องได้ทำการศึกษาทางเทคนิคมากมายเกี่ยวกับการผสมผสานระหว่างเพชรที่มีค่าการนำความร้อนสูงกับอุปกรณ์ GaN โดยส่วนใหญ่ได้แก่ เทคโนโลยีการเชื่อมติดที่อุณหภูมิต่ำ เทคโนโลยีการถ่ายโอนวัสดุรองรับเพื่อปลูกเพชรโดยตรงบนด้านหลังของชั้น GaN แบบเอพิแทกเซีย เทคโนโลยี GaN แบบเอพิแทกเซียด้วยเพชรผลึกเดี่ยว และเทคโนโลยีการระบายความร้อนด้วยชั้นเคลือบป้องกันความร้อนด้วยเพชรที่มีค่าการนำความร้อนสูง

การปลูกเพชรโดยตรงบนชั้นเอพิแท็กเซียลของ GaN มีความแข็งแรงในการยึดติดที่ดี แต่มีปัญหาทางเทคนิค เช่น อุณหภูมิสูง ความเค้นของแผ่นเวเฟอร์สูง และความต้านทานความร้อนของส่วนต่อประสานสูง เทคโนโลยีการปลูก GaN ด้วยเพชรผลึกเดี่ยว และเทคโนโลยีการระบายความร้อนด้วยชั้นเคลือบป้องกันความร้อนที่มีการนำความร้อนสูง ต่างก็มีข้อจำกัดในเรื่องขนาดที่เล็ก ต้นทุนสูง และความไม่เข้ากันของกระบวนการผลิตของเพชรผลึกเดี่ยว ดังนั้น การพัฒนาแผ่นรองรับเพชรขนาดใหญ่ต้นทุนต่ำ การปรับปรุงเทคโนโลยีการควบคุมความเค้นของแผ่นเวเฟอร์และความแข็งแรงในการยึดติด การลดความต้านทานความร้อนของส่วนต่อประสาน และการปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์ GaN ที่ใช้แผ่นรองรับเพชร จะเป็นจุดสนใจของการพัฒนาเทคโนโลยีการยึดติดระหว่างเพชรและอุปกรณ์ GaN ในอนาคต

(ภาพจากรายงาน Carbontech 2020 ฉบับ PowerPoint โดยศาสตราจารย์จาง จินเฟิง จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ซีอาน)

Diamond packaged semiconductor laser

เมื่อเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูงทำงาน บริเวณที่ใช้งานจะสร้างความร้อนจำนวนมาก ซึ่งจะลดกำลังเอาต์พุตของเลเซอร์และทำให้อายุการใช้งานสั้นลง เพชรมีคุณสมบัติการนำความร้อนสูง การใช้เพชรเป็นตัวระบายความร้อนจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อนของอุปกรณ์ ลดความต้านทานความร้อน เพิ่มกำลังเอาต์พุตของเลเซอร์ และยืดอายุการใช้งานของเลเซอร์

Diamond Raman Laser Research:การกระเจิงรามานแบบกระตุ้น (Stimulated Raman scattering) เป็นปรากฏการณ์ทางแสงแบบไม่เชิงเส้นที่สำคัญ การกระเจิงรามานแบบกระตุ้นสามารถทำให้โฟตอนที่ตกกระทบทั้งหมดมีความถี่คงที่โดยไม่จำเป็นต้องมีการจับคู่เฟส นับเป็นเทคโนโลยีสำคัญสำหรับการขยายช่วงการใช้งานของเลเซอร์ การวิจัยในทิศทางนี้จึงกลายเป็นประเด็นร้อนในการพัฒนาเทคโนโลยีเลเซอร์

เพชรเป็นวัสดุผลึกรามานที่มีประสิทธิภาพยอดเยี่ยม โดยมีค่าการเปลี่ยนแปลงความถี่รามานสูงสุดถึง 1332.3 cm⁻¹ เมื่อเทียบกับวัสดุผลึกอื่นๆ ที่รู้จักกัน-1ความกว้างของเส้นสเปกตรัมการขยายสัญญาณรามานอยู่ที่ประมาณ 1.5 เซนติเมตรที่อุณหภูมิห้อง-1การขยายสัญญาณรามานของเพชรมีคุณสมบัติการเลือกโพลาไรเซชัน เมื่อทิศทางโพลาไรเซชันของแสงปั๊มขนานกับทิศทาง <111> ของผลึกเพชร การขยายสัญญาณรามานจะมีค่าสูงสุด (10 cm/GW@1 μm) และจะได้แสงรามานแบบโพลาไรซ์เชิงเส้น เพชรมีค่าการนำความร้อนสูงมาก และความสามารถในการระบายความร้อนอย่างรวดเร็วเป็นกุญแจสำคัญที่ทำให้ผลึกเพชรสามารถรักษาการขยายสัญญาณรามานสูงและได้เลเซอร์คุณภาพสูงภายใต้การทำงานที่กำลังสูง

การเปรียบเทียบระหว่างผลึกเลเซอร์รามานทั่วไปกับเพชร

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีการเตรียมการโดยการตกตะกอนไอสารเคมี คุณภาพทางแสงของเพชรสังเคราะห์จึงได้รับการปรับปรุงอย่างรวดเร็ว ผลึกเพชรเกรดแสงยังแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการปรับปรุงกำลัง การเพิ่มความสอดคล้อง และการแปลงความถี่ที่ยอดเยี่ยม ด้วยคุณลักษณะ Raman และ Brillouin ที่ยอดเยี่ยม สิ่งนี้ได้ส่งเสริมให้เลเซอร์เพชรเอาชนะผลกระทบจากความร้อนของเลเซอร์แบบผกผันจำนวนอนุภาคที่ใช้พื้นฐานจากวัสดุทำงานแบบดั้งเดิม ตลอดจนความยากลำบากในการปรับสมดุลระหว่างความยาวคลื่นและกำลังเอาต์พุตได้อย่างมาก

วัสดุรองรับการระบายความร้อนสำหรับบรรจุภัณฑ์ 3 มิติที่ทำจากเพชรผลึกเดี่ยว:

ในขณะที่การปฏิบัติตามกฎของมัวร์กลายเป็นฉันทามติของอุตสาหกรรมแล้ว ข้อเสนอของ "มอร์ มัวร์" ดูเหมือนจะเพิ่มความสดใสให้กับการพัฒนาอุตสาหกรรมการผลิตชิป โดยทั่วไปแล้ว "มอร์ มัวร์" หมายถึงการลดขนาดของส่วนประกอบบนชิปอย่างต่อเนื่อง ซึ่งประกอบด้วยสองด้าน ได้แก่ การลดขนาดของส่วนประกอบในแนวนอนและแนวตั้งของเวเฟอร์อย่างต่อเนื่องเพื่อปรับปรุงความหนาแน่น ประสิทธิภาพ และความน่าเชื่อถือ และการใช้เทคโนโลยีการผลิต เช่น โครงสร้าง 3 มิติ และการใช้วัสดุใหม่เพื่อส่งผลต่อประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของเวเฟอร์

(ภาพจากรายงาน Carbontech 2020 ฉบับ PowerPoint โดยนักวิจัยจาก Jiangnan สถาบันวัสดุศาสตร์ Ningbo)

วัสดุบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ใช้สำหรับบรรจุชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และการเชื่อมต่อต่างๆ โดยหลักแล้วทำหน้าที่ในการรองรับทางกล การป้องกันการรั่วซึม การระบายความร้อน และการป้องกัน วัสดุเหล่านี้มีผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของวงจรรวม ด้วยการพัฒนาของเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ วงจรรวมกำลังพัฒนาไปสู่ขนาดใหญ่พิเศษ ความเร็วสูงพิเศษ ความหนาแน่นสูง กำลังสูง ความแม่นยำสูง และฟังก์ชันการทำงานที่หลากหลาย ซึ่งทำให้วัสดุบรรจุภัณฑ์มีความต้องการสูงขึ้นเรื่อยๆ การวิจัยและพัฒนาวัสดุบรรจุภัณฑ์ประสิทธิภาพสูงแบบหลายระบบ เช่น เพชร/ทองแดง เพชร/อะลูมิเนียม เพชร/ซิลิคอนคาร์ไบด์ กราไฟต์/ทองแดง เป็นต้น จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการส่งเสริมการพัฒนาวัสดุบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ไปในทิศทางของการย่อขนาด ประสิทธิภาพสูง ความน่าเชื่อถือสูง และต้นทุนต่ำ

. . . . .

วัสดุเพชรและเทคโนโลยีการประมวลผลด้วยเลเซอร์:เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุอื่นๆ เพชรมีคุณสมบัติเด่นคือ ความต้านทานสูง ความแข็งแรงของสนามไฟฟ้าที่ทำให้เกิดการแตกตัวสูง ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำ และการขยายตัวทางความร้อนต่ำ การนำไปใช้ในการจัดการความร้อนสามารถตอบสนองความต้องการของการพัฒนาชิ้นส่วนประกอบที่มีความหนาแน่นสูงและบูรณาการสูงในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ที่กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว การประมวลผลด้วยเลเซอร์สามารถทำให้ได้โครงสร้างจุลภาคของเพชรที่มีคุณภาพสูง เป็นเทคโนโลยีการผลิตขั้นสูงที่กำลังได้รับการวิจัยทั้งในและต่างประเทศในปัจจุบัน

เทคโนโลยีการเจียรและการขัดเงาพื้นผิวเพชร

อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยวงจรรวม อุปกรณ์กำลังไฟฟ้า อุปกรณ์อิเล็กโทรออปติก และเซ็นเซอร์ เป็นต้น อุปกรณ์กำลังไฟฟ้าถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในด้านอวกาศ การทหารและการป้องกันประเทศ พลังงาน การขนส่งทางราง และข้อมูลอินเทอร์เน็ตของสิ่งต่างๆ (IoT) แผ่นเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์เป็นตัวรองรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ และพื้นผิวเซมิคอนดักเตอร์เป็นตัวรองรับแผ่นเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ พื้นผิวนี้เป็นฐานสำหรับการเจริญเติบโตของผลึกของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งเป็นตัวกำหนดคุณภาพและประสิทธิภาพของอุปกรณ์โดยตรง

การตัดเฉือนที่มีความแม่นยำสูง

โดยทั่วไปแล้ว วัสดุที่ใช้ในการขึ้นรูปด้วยความแม่นยำสูงพิเศษมักเป็นเพชรขนาดเล็ก ซึ่งมีราคาสูงเกินไปสำหรับการผลิตในระดับอุตสาหกรรมและไม่เอื้อต่อการใช้งานในอุตสาหกรรม การที่จะนำเพชรมาใช้ในการระบายความร้อนของอุปกรณ์ไฟฟ้าและทำให้เกิดการใช้งานในระดับอุตสาหกรรมได้นั้น สิ่งสำคัญคือการจัดหาวัสดุฐานระบายความร้อนขนาดใหญ่ระดับแผ่นเวเฟอร์ที่มีคุณภาพพื้นผิวที่ดี นอกจากนี้ เมื่อระดับการรวมวงจรบนพื้นผิวเพชรเพิ่มขึ้น ความต้องการคุณภาพพื้นผิวก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย ความหยาบของพื้นผิวจะพัฒนาไปถึงระดับอังสตรอมหรือเล็กกว่านั้น และความบิดเบี้ยวของพื้นผิวจะถึง 5 ไมโครเมตรหรือเล็กกว่านั้น

ข้อสงวนสิทธิ์: บทความนี้คัดลอกมาจาก "DT Semiconductor Materials" ซึ่งสนับสนุนการคุ้มครองสิทธิ์ในทรัพย์สินทางปัญญา โปรดระบุแหล่งที่มาและผู้เขียนต้นฉบับหากมีการละเมิดลิขสิทธิ์ โปรดติดต่อเราเพื่อลบออก