Nieuw procedé maakt grotere diamanten wafers mogelijk

Japanse onderzoekers hebben een manier gevonden om diamanten wafers voor de productie van halfgeleiders groter te maken dan voorheen mogelijk was. Het wetenschapsteam plakte hiervoor gekloonde, kleine wafers aan elkaar.

Diamant heeft meerdere eigenschappen die het een geschikt materiaal voor de halfgeleiderindustrie maken. Het is een zeer goede elektrische isolator, maar door de kristalstructuur te verontreinigen kan het ook uitstekend als halfgeleider dienst doen. Bovendien is diamant een betere geleider voor warmte dan silicium. De productie van synthetische diamanten wafers is echter lastig, waardoor hun afmetingen tot dusver beperkt bleven tot ongeveer een vierkante centimeter bij een dikte van enkele millimeters.

Een onderzoeksgroep van het Japanse National Institute of Advanced Industrial Science and Technology is er echter in geslaagd grotere wafers te produceren. Zij slaagden erin om meerdere kleine wafers samen te voegen. De kleine wafers werden geproduceerd door koolstofatomen met de zogeheten cvd-techniek op een laag met synthetische 'kiemdiamanten' te dampen. De opgedampte diamantschijfjes werden vervolgens van de ondergrond losgeëtst. Met dezelfde cvd-techniek werden meerdere kleine wafers ten slotte versmolten.

In het verleden leverde dit niet-uniforme wafers op, die niet voor massaproductie geschikt zijn. De Japanners gebruikten echter steeds dezelfde ondergrond met kiemdiamanten, waardoor ze erin slaagden om identieke wafers te produceren. Door zes van deze kleine wafers met de juiste oriëntatie met elkaar te versmelten, produceerden zij monokristallijne wafers van 25 bij 25mm. In het komende jaar willen de onderzoekers eerst wafers van 50 bij 50mm en vervolgens van 75 bij 75mm produceren.

Reacties (26)

[A4-tje]

maar de dikte blijft dus enkele millimeters?!?
is het voor producten ook niet makkelijker/beter om minder dik te zijn zodat er minder vervuiling/fouten in kunnen zitten?

[beefstick]

Het voordeel van CVD is dat het meestal ultra langzaam gaat, hoewel hier niet gezegd is welke techniek ze gebruiken (MBE *heel erg langzaam* MOCVD *minder langzaam* HVPE *bijna snel te noemen*, etc) lijkt snelste (welke dat dan is is dus niet duidelijk maar het zal wel iets als microwave plasma CVD zijn) me de meest logische omdat die over het algemeen dus ook de dikte van de wafers kan waarmaken. Het nadeel blijft natuurlijk de onzuiverheden. Die zul je vooral aan de randen van de wafers zien. De reden hiervoor is dat het materiaal eigelijk bij iedere techniek gedurende het groeien ook weggeetst wordt. De randen zijn dan kristalgroeitechnisch kwetsbaarder voor kristalfouten.
Dit is echter niet zo heel erg. Over het algemeen worden de wafers rondgedraaid tijdens het groeien om fouten te voorkomen (dit wordt vaak ook gedaan bij het trekken van silicium ingots) en is een cirkelvormige vorm dus het meest logisch om te maken.
Omdat ze nu toch vierkante stukjes gebruiken om grote wafers te maken zullen ze de eerste batch wafers wel gewoon zagen of breken over een kristalvlak in een vierkante vorm (waardoor de meeste kristalfouten dus weggehaald worden) om die dan te overgroeien zodat ze (1) aan elkaar groeien, (2) dikker worden en (3) een uiteindelijke vierkante vorm krijgen.

[Reactie gewijzigd door beefstick op 24 juli 2024 03:20]

[Noxious]

En natuurlijk de hoeveelheid materiaal die gebruikt wordt, als ik het zo lees zijn deze wafers wel zo'n 10 keer zo dik dan wafers van silicium.

De dikte heeft te maken met de sterkte/broosheid van het materiaal. Dunnere wafers 'breken' sneller, en diamant lijkt me een broos goedje op kleine diktes, juist vanwege de hardheid.

Vergelijk het maar met een dun stuk staal en een dun stuk steen.

Toevoeging: een siliciumwafer van 2" (zegmaar 4,5cm in doorsnede) heeft normaal een dikte van 275 µm. Enkele milimeters klinkt dus al snel als minimaal 10x die dikte. Zelfs siliciumwafers van 45cm in doorsnede zijn minder dan een mm dik, namelijk 925 µm.

[Reactie gewijzigd door Noxious op 24 juli 2024 03:20]

[HotFix]

ik denk eigenlijk dat het nog wel dunner kan, want juist diamant lijkt me sterker dan silicium op dezelfde dikte.

For good measurement, als je foto's opzoekt van zo'n... staaf silicium, komt je vast wel plaatjes tegen waarin je gebroken silicium ziet. Het is namelijk nog vele malen brozer dan praktisch elk ander materiaal

[Bert Gent]

Ik heb een hoop 6" Si wafers -voooor grinding- in mijn handen gehad en die zijn vrij buigzaam dus totaal niet broos.

Ik heb zelfs Si wafers gezien die door stress (te veel te dikke lagen op 1 kant) zo gebogen stonden dat je ze op een vlakke tafel makkelijk kon laten schommelen.

"want juist diamant lijkt me sterker dan silicium op dezelfde dikte."

Verwar je hier "sterker" niet met " harder" en dus ook "brozer"?

Dit is louter goed voor een niche markt. Het procedé zelf is -naar mijn mening- stuntelig (CVD groeien en afetsen), foutgevoelig (juiste oriëntatie en samensmelten) en ontzettend duur.

Wordt dit op ernstige schaal ergens in productie gebruikt?

[i-chat]

zover ik kan zeggen NOG niet en juist om de redenen die jij noemt,

het probleem is hier echter niet dat het onmogelijk is cvd is zeker een proces dat je op mass schaal zou kunnen uitvoeren (zodra je tenminste creatief genoeg bent om een paar lastige probleempjes op te lossen)..

diamante wafers zijn zeker een optie, (ergens ind e toekomst tenminste... maar zeer zeker niet de enige optie en misschien ook niet eens de beste optie,

maar voor je de keuze maakt welk materiaal silicium gaat vervangen om de boort-computer van de Federation Starship Enterpice mogelijk te maken zul je eerst alle opties grondig moeten onderzoeken.

[Noxious]

Hmm dat is ook wel waar, maar een hogere hardheid betekend over het algemeen dat het ook brozer is. Alhoewel diamant door de viervlaksstructuur natuurlijk wel enorm sterk is.

De toekomst zal het uitwijzen, dit kan wel eens een mooie opvolger voor silicium worden als alles nog en nog kleiner moet.

[subsonik]

Een Si-wafer is ook ruim een halve mm dik. De wafers worden van de achterkant opgeschuurd ("grinding") vooraleer ze verzaagd en verpakt worden.

Ik vrees wel dat het een serieuze klus wordt om een diamanten wafer op dezelfde manier op te schuren :-) Veel kans dat de wafer het schuurmiddel wegschuurt, ipv omgekeerd.

[flippy]

daar hebben ze hele mooie diamant-schuurmiddel voor. wordt al decennia gebruikt in de juweelindustrie.

[Bassmaniac]

Even de originele tekst gecheckt, blijkt dat de dikte wel meevalt:
0,47mm oftewel 470 µm.

Bron:
http://www.sciencedirect....5cf139ea70040a8310f089655

[MSalters]

Die dikte is niet erg. Vervuiling en kristalfouten zijn alleen relevant in het oppervlaktelaagje waarin je de eigenlijke transistoren maakt. De "achterkant" mag best zo dik zijn. Die heeft namelijk maar 1 taak, het afvoeren van de warmte. En laat diamant de hitte nou nog beter afvoeren dan zuiver koper - dit is de perfecte heatspreader.

[Rushed]

en dus zodat ze zo snel mogelijk kapot gaan

[Fjerpje]

Je leest veel voordelen maar het enigste grootste en misschien wel belangrijkste nadeel is dat het niet te betalen is.

[Noxious]

Dat valt wel mee denk ik, het gaat hier om synthetische diamanten, die worden niet ergens uit een mijn gewonnen ofzo maar is het resultaat van een chemisch proces.

Edit: als ik het zo lees maken ze gebruik van deze techniek:
http://en.wikipedia.org/w...Chemical_vapor_deposition

[Reactie gewijzigd door Noxious op 24 juli 2024 03:20]

[fluxtras]

Tevens niet goedkoop... Duurder dan uit de mijn... Maar ja.. je kunt het blijven doen.. genoeg C(O2) in de lucht. C is overal. Als je een mens genoeg perst krijg je ook wel een of andere onzuivere vorm van diamant

Massaproductie en verbetering van de technieken moet het op den duur 'betaalbaar' maken. Uiteindelijk zullen we weinig meer doen met de metalen.. Diamant -C- is de toekomst. Buckyballs zijn ook wel leuk, hoewel niets met diamant.. wel allemaal C atomen. Feitelijk dezelfde C, maar anders gerangschikt. Leuk leuk leuk..

Goed.. voor de aandelen moet je dus goud kopen.. diamanten zijn enkel voor de sier en in de toekomst voor de elektronica. Alchemie met de missie tot goudproductie is verder weg dan diamant op grote schaal.

[Reactie gewijzigd door fluxtras op 24 juli 2024 03:20]

[robvanwijk]

Duurder dan uit de mijn

Hoeveel mijnen ken jij die diamanten opgraven waar plakken (wafers) van 300 mm (of waar zitten we tegenwoordig op??) doorsnee uit zijn te winnen? Er is niet zo iets als "duurder dan uit de mijn" als mijnen het überhaupt niet kunnen leveren.
En vergeet niet, er worden per jaar erg veel wafers doorheen gejaagd. Als we ooit massaal overstappen van silicium wafers op diamanten wafers, dan krijg je alle voordelen van massaproductie erbij en dan keldert de prijs vanzelf.
Wat de beschikbaarheid van die technologie zou doen met De Beers (de grootste diamantenproducent ter wereld) is iets waar ik niet echt wakker van kan liggen, maar zij waarschijnlijk wel...

Alchemie met de missie tot goudproductie is verder weg dan diamant op grote schaal.

Als die alchemisten niet opschieten is het straks lucratiever om lood in koolstof om te toveren dan in goud.

[arjankoole]

Wat de beschikbaarheid van die technologie zou doen met De Beers (de grootste diamantenproducent ter wereld) is iets waar ik niet echt wakker van kan liggen, maar zij waarschijnlijk wel...

Dat valt reuze mee, industrieele diamant wordt niet verhandeld onder dezelfde prijzen als natuurlijke diamand die gewonnen wordt in mijnen. Ik zag op een documentaire onlangs als dat ze kweekdiamant makkelijk kunnen herkennen.

[Verwijderd]

Dat is allang achterhaald. Inmiddels kan men synthetisch diamant zo zuiver groeien dat men het verschil niet meer herkent.. Zelfs niet meer met ultraviolet licht.

[Verwijderd]

Ze zitten tegenwoordig op 150mm schoon cvd.

[morphje]

Duurder? Niet echt. Er is een complete industrie die syntetische diamanten maakt voor op gereedschap als slijpschijven . Dit zijn vaak de gele diamanten (goedkoop produceren en heel gemakkelijk te herkennen als syntetisch)

Verders heeft mn moeder een heldere syntetische diamant om haar vinger zitten. En die is toch goedkoper dan een echte diamant. Je duurder vergelijking gaat dus helaas niet op.

[poepkop]

Dat zeg jij, maar over 2 jaartjes weten we dankzij de LHC hoe we massa kunnen maken uit energie
* blijft hopen *

[Niosus]

"Als je een mens genoeg perst krijg je ook wel een of andere onzuivere vorm van diamant "

Niet mee lachen... dat doen ze!

Eerst cremeren ze je, dan persen ze die as samen tot een diamand(je). Die diamand verwerken ze dan weer in sieraden. Kost een fortuin, maar het gebeurt

[flippy]

dat kost je een arm en een been. (en de rest maakt dan ook niet zoveel uit)

http://www.lifegem.com/

[Reactie gewijzigd door flippy op 24 juli 2024 03:20]

[analog_]

ieuw? Dan laat ik m'n oma wel ombakken in een nieuwe grafische chip :x

[Reactie gewijzigd door analog_ op 24 juli 2024 03:20]

[leuk_he]

In theorie leuk, maar als je in detail leest dan blijkt dat niets uitsluit dat zo (ook?) koolstof uit andere bronnen gebruiken.