Kisel har varit elektronikens arbetshäst i decennier eftersom det är ett vanligt element, det är lätt att bearbeta och har användbara elektroniska egenskaper. En begränsning för kisel är att höga temperaturer skadar det, vilket begränsar driftshastigheten för kiselbaserad elektronik. Enkristalldiamant är ett möjligt alternativ till kisel. Forskare tillverkade nyligen en enkristall diamantskiva, men vanliga metoder för att polera ytan – ett krav för användning inom elektronik – är långsamma och skadliga för materialet.

I en studie som nyligen publicerades i Vetenskapliga rapporter , forskare från Osaka University och samarbetspartner polerade en enkristall-diamantskiva för att vara nästan atomär slät. Denna procedur kommer att vara användbar för att hjälpa diamant att ersätta åtminstone några av kiselkomponenterna i elektroniska enheter.

Diamant är det hårdaste kända ämnet och reagerar i princip inte med kemikalier. Att polera den med ett lika hårt verktyg skadar ytan och konventionell poleringskemi är långsam. I den här studien, forskarna modifierade i huvudsak först kvartsglasytan och polerade sedan diamant med modifierade kvartsglasverktyg.

"Plasmaassisterad polering är en idealisk teknik för enkristalldiamanter, " förklarar huvudförfattaren Nian Liu. "Plaman aktiverar kolatomerna på diamantytan utan att förstöra kristallstrukturen, som låter en kvartsglasplatta försiktigt släta bort ytojämnheter."

Enkristalldiamanten, innan polering, hade många stegliknande egenskaper och var vågig överlag, med en genomsnittlig grovhet på 0,66 mikrometer. Efter polering, de topografiska defekterna var borta, och ytjämnheten var mycket mindre:0,4 nanometer.

"Polering minskade ytjämnheten till nästan atomär jämnhet, " säger seniorförfattaren Kazuya Yamamura. "Det fanns inga repor på ytan, som ses i scaife mekaniska utjämningsmetoder."

Vidare, forskarna bekräftade att den polerade ytan var oförändrad kemiskt. Till exempel, de upptäckte ingen grafit – därför, inget skadat kol. Den enda detekterade föroreningen var en mycket liten mängd kväve från den ursprungliga waferberedningen.

"Med Raman-spektroskopi, den fulla bredden vid halva maximum av diamantlinjerna i skivan var densamma, och topppositionerna var nästan identiska, ", säger Liu. "Andra poleringstekniker visar tydliga avvikelser från ren diamant."

Med denna forskningsutveckling, Högpresterande kraftenheter och kylflänsar baserade på enkristalldiamant är nu tillgängliga. Sådan teknik kommer att dramatiskt sänka energianvändningen och koltillförseln, och förbättra prestandan, framtida elektroniska enheter.

Artikeln, "Skadningsfri högeffektiv plasmaassisterad polering av ett 20-mm kvadrat stort mosaik-enkristalldiamantsubstrat, " publicerades i Vetenskapliga rapporter .