Dünyanın İlk 200 mm Tek Kristal Elması ABD’de Üretildi, Yeni Nesil Çiplere İtki Verebilir.

Bu başarı, önemli çünkü elmas; özellikle yüksek performanslı işlemcilerden ısının uzaklaştırılmasının giderek zorlaşması da dahil olmak üzere, gelişmiş elektroniklerin karşılaştığı bazı zorlukları çözebilecek bir özellik birleşimi sunar. Ancak şirket, yeni kristali şu ana kadar ham, cilalanmamış haliyle gösterdi.

200 mm’lik kristal, küçük elmasların bir araya getirilmesiyle oluşan ya da birden fazla kristal tanesi içeren polikristal bir disk yerine, tek ve sürekli bir yapıdır. Bu ayrım önemlidir çünkü tane sınırları ve kusurlar, ısının ve elektrik yükünün bir malzeme içinde ne kadar verimli hareket edebileceğini etkileyebilir.

Elmas, karbon atomlarının sıkı düzenli bir kristal örgüsünde dizilmesiyle oluşur. Büyük bir tek kristal üretmek, malzemenin büyürken tüm hacmi boyunca bu atomik dizilimi korumayı gerektirir. Küçük tutarsızlıklar bile, üreticilerin korumak istediği özellikleri zayıflatabilecek kusurlar ortaya çıkarabilir.

Konvansiyonel yüksek basınçlı, yüksek sıcaklıklı yöntemler sentetik elmas üretebilir; ancak bunları yarı iletken boyutunda tek kristallere ölçeklendirmek, önemli mühendislik zorlukları sunar. Kontrol ortamında, karbon içeren bir gazdan elmas üreten kimyasal buhar birikmesi (CVD) başka bir yol sunar. Mikrodalga plazma CVD ise büyük, kaliteli elmas kristalleri üzerine araştırmalarda özellikle önem taşır.

Diamond Foundry’nin önceki kilometre taşı, konuya biraz bağlam katıyor. Şirket, o zamanlar elmas heteroepitaksi yöntemiyle üretilmiş 100 mm (3,9 inç) tek kristal elmas waferını duyurmuştu; bu yöntem, bir kristalin farklı bir alt malzeme üzerinde büyütülmesi ve düzenli elmas örgüsünü benimsemesinin teşvik edilmesi tekniğidir. Şirket, yeni duyurulan 200 mm’lik kristalin tam olarak aynı süreci kullanıp kullanmadığını açıklamadı.

CEO Martin Roscheisen’a göre, en son başarı; plazma fiziği, reaktör mühendisliği, büyüme kimyası, kristal mühendisliği ve üretim kontrollerinde ilerlemeler gerektirdi. Ayrıca, tek kristal elmas üzerinde ölçeklendirme çalışmalarına 25 yıl önce başlayan Stefan Gsell ve Martin Fischer’e de teşekkür etti.

Bununla birlikte, elmas henüz silisyon için doğrudan ve basit bir ikame değil. Ondan elektronik cihaz üretmek zor olmaya devam ediyor; özellikle de malzemenin elektriksel özelliklerinin doping yoluyla güvenilir şekilde kontrol edilmesi zor. Elmasın mevcut yarı iletken malzemeler ve üretim süreçleriyle bütünleştirilmesi ayrıca daha fazla geliştirmeye ihtiyaçiyor.

Büyük bir kristal yetiştirmek ile kullanılabilir bir yarı iletken wafer (çip dilimi) üretmek arasındaki ayrım önemlidir. Diamond Foundry tarafından gösterilen ilk D200mm örneği cilalanmamış ve doğrudan yetiştirme sürecinden çıkmış durumda. Çip üretimindeki uygunluğunun belirlenebilmesi için önce işlenmesi ve karakterize edilmesi gerekecek.

Üreticiler, kullanılabilir wafer alanında tutarlı kalınlık, yüzey düzlüğü, düşük kusur yoğunluğu ve güvenilir elektriksel ve termal özellikler elde etmeli. Aynı zamanda birden fazla üretim turunda tekrarlanabilirliği kanıtlamalı ve malzemenin cihaz üretimine entegre edilebilir olduğunu göstermelidir.