日本、ダイヤモンド半導体向けの新しいレーザースライシング技術を開発

ダイヤモンドは半導体産業にとって有望な材料ですが、それを薄いウェーハにスライスするのは非常に頭の痛い問題であり、課題となることがあります。
最近の研究で、千葉大学の研究チームは、最適な結晶面に沿ってダイヤモンドを切断できる新しいレーザーベースの技術を開発しました。 この発見は、電気自動車の効率的な電力変換や高速通信技術において、この材料のコスト効率を高めるのに役立ちます。
これまで、ダイヤモンドの特性は半導体産業にとって魅力的でしたが、ダイヤモンドを効率的に薄いスライスにカットする技術が現在市場に存在しないため、ダイヤモンド材料の応用は制限されていました。 効率的なスライスができない場合、ウェーハを 1 枚ずつ合成する必要があるため、ほとんどの業界で製造コストが法外に高くなります。
千葉大学大学院工学研究科の肥田井博文教授率いる日本の研究グループが最近、この問題の解決策を発見した。
最近ダイヤモンド・アンド・リレート・マテリアルズ誌に掲載された研究では、最適な結晶表面に沿ってダイヤモンドをきれいにカットして滑らかなウェーハを製造するために使用できる、新しいレーザーベースのスライス技術が報告されています。
ダイヤモンドを含むほとんどの結晶の特性は、異なる結晶面 (結晶を構成する原子が含まれていると仮定される表面) に沿って異なります。 例えば、ダイヤモンドは｛111｝の表面に沿って簡単にカットできます。 ただし、｛100｝のスライスは、分解面｛111｝に沿って亀裂も発生し、ノッチ損失が増加するため、困難です。
これらの望ましくない亀裂の伝播を防ぐために、研究者らは、材料内の狭い先細りの領域に短いレーザーパルスを集中させるダイヤモンド加工技術を開発しました。
比田井教授は「レーザーを集光照射すると、ダイヤモンドよりも密度が低いアモルファスカーボンに変化する。その結果、レーザーパルスで変質した部分の密度が低下し、クラックが発生する可能性がある」と説明する。
これらのレーザーパルスを正方形の格子パターンで透明なダイヤモンドのサンプルに照射することにより、研究者らは材料の内部に亀裂が生じやすい小さな領域で構成される格子を作成しました。 グリッド内の改質領域間の間隔と各領域で使用されるレーザーパルスの数が最適な場合、すべての改質領域は｛100｝面に沿って優先的に伝播する小さな亀裂によって互いに接続されます。 したがって、鋭利なタングステン針をサンプルの片側に押すだけで、表面｛100｝の滑らかなウェハをブロックの残りの部分から簡単に分離できます。
全体として、上記の技術は、ダイヤモンドを将来の技術に適した半導体材料にするための重要なステップです。 これに関して比田井教授は、「ダイヤモンド半導体デバイスの製造には、低コストで高品質のウェーハを製造できるダイヤモンドスライスの能力が極めて重要です。したがって、この研究は、ダイヤモンドのさまざまな用途の実現に一歩近づくことになります」と述べています。電気自動車や電車の電力変換率の向上など、半導体の社会への貢献を目指します。」