Le silicium est le cheval de bataille de l'électronique depuis des décennies car c'est un élément commun, il est facile à traiter et possède des propriétés électroniques utiles. Une limitation du silicium est que les températures élevées l'endommagent, ce qui limite la vitesse de fonctionnement de l'électronique à base de silicium. Le diamant monocristallin est une alternative possible au silicium. Des chercheurs ont récemment fabriqué une plaquette de diamant monocristallin, mais les méthodes courantes de polissage de la surface - une exigence pour une utilisation en électronique - sont lentes et endommagent le matériau.

Dans une étude publiée récemment dans Rapports scientifiques , des chercheurs de l'Université d'Osaka et des partenaires collaborateurs ont poli une plaquette de diamant monocristallin pour qu'elle soit presque atomiquement lisse. Cette procédure sera utile pour aider le diamant à remplacer au moins certains des composants en silicium des appareils électroniques.

Le diamant est la substance connue la plus dure et ne réagit essentiellement pas avec les produits chimiques. Le polir avec un outil tout aussi dur endommage la surface et la chimie de polissage conventionnelle est lente. Dans cette étude, les chercheurs ont essentiellement d'abord modifié la surface du verre de quartz, puis poli le diamant avec des outils en verre de quartz modifiés.

"Le polissage assisté par plasma est une technique idéale pour le diamant monocristallin, " explique l'auteur principal Nian Liu. " Le plasma active les atomes de carbone à la surface du diamant sans détruire la structure cristalline, qui permet à une plaque de verre de quartz de lisser en douceur les irrégularités de surface."

Le diamant monocristallin, avant polissage, avait de nombreuses caractéristiques en forme de marche et était globalement ondulé, avec une rugosité moyenne quadratique moyenne de 0,66 micromètre. Après polissage, les défauts topographiques ont disparu, et la rugosité de surface était bien moindre :0,4 nanomètres.

"Le polissage a réduit la rugosité de la surface à un lissé presque atomique, " dit l'auteur principal Kazuya Yamamura. " Il n'y avait pas de rayures sur la surface, comme on le voit dans les approches de lissage mécanique Scaife."

Par ailleurs, les chercheurs ont confirmé que la surface polie n'était pas altérée chimiquement. Par exemple, ils n'ont détecté aucun graphite - par conséquent, pas de carbone endommagé. La seule impureté détectée était une très petite quantité d'azote provenant de la préparation de plaquette d'origine.

"En utilisant la spectroscopie Raman, la pleine largeur à mi-hauteur des lignes de diamant dans la plaquette était la même, et les positions de pointe étaient presque identiques, " dit Liu. " D'autres techniques de polissage montrent des écarts clairs par rapport au diamant pur. "

Avec ce développement de la recherche, des dispositifs d'alimentation haute performance et des dissipateurs thermiques à base de diamant monocristallin sont désormais réalisables. De telles technologies réduiront considérablement la consommation d'énergie et l'apport de carbone, et améliorer les performances, des futurs appareils électroniques.

L'article, "Polissage assisté par plasma très efficace et sans dommage d'un substrat de diamant monocristallin en mosaïque carré de 20 mm de large, " a été publié dans Rapports scientifiques .