Из нанотрубок с алмазным покрытием получены сверхтонкие лезвия

С относительно высокими потерями ценных материалов в процессе распила кремниевых пластин при производстве полупроводниковых и фотоэлектронных устройств, долгое время мирились как с неизбежностью.

Сверхтонкие пилы, разработанные учеными Фраунгоферовского института механики материалов (IWM) во Фрайбурге (Германия) вместе с коллегами из Организации научно-промышленных исследований Австралийского Содружества (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation, CSIRO), позволяют добиться кардинального уменьшения таких потерь.

Вместо стальной проволоки с алмазным покрытием, исследователи использовали сверхтонкие и чрезвычайно стабильные волокна, сделанные из углеродных нанотрубок, с нанесенными на их поверхность частицами алмаза. Потенциал такой комбинации ученые осознавали уже давно, однако новый материал оказалось очень сложно синтезировать.

Алмазы выращиваются только в экстремальных условиях: при температуре около 900 °C в атмосфере, содержащей углеводороды. Создавать их на поверхности нанотрубок особенно затруднительно, так как углерод прежде всего пытается принимает форму графена. Для того чтобы способствовать формированию именно алмазной фазы и запретить наслоение графита необходимо использовать реактивный водород. Но такой процесс ведет к повреждению углеродных нанотрубок.

Способ защиты нанотрубок, нашел ученый из IWM Мануэль Ми (Manuel Mee). «В наших первых экспериментах расплавленный силикат из реакционной камеры случайно пришел в контакт с плазмой покрытия. Он отложился на подложке и защитил ее от агрессивного водорода», — рассказывает исследователь, обнаруживший, к своему удивлению, выросшие на этом защитном слое алмазы.

Тесты, выполненные на трансмиссионном электронном микроскопе в австралийской лаборатории CSIRO, подтвердили, что нанотрубки действительно остаются в целости под таким защитным покрытием.

В австралийскую часть команды входили признанные эксперты по технологиям получения нитей из углеродных нанотрубок. Производственный процесс включал выращивание «леса» нанотрубок на подложке, извлечения их с образованием подобия войлока, и последующего свивания из него очень тонких нитей, диаметром от 10 до 20 мкм.

Такие нити с алмазным покрытием — идеальный материал для нового поколения пил, способных в несколько мгновений прорезать кремниевые заготовки. Благодаря малой толщине, по сравнению со стальной проволокой, нити из нанотрубок дают гораздо меньше отходов в процессе распиливания.

Для отработки технологии потребовалось детально изучить слой оксида кремния, который накладывался весьма непредсказуемо, найти метод управления нанесением покрытия и провести оптимизацию процесса.

По итогам работы, международный коллектив подал заявки на патенты, описывающие сам метод и соответствующие продукты. В настоящее время, участники проекта проводят прикладные испытания с целью продемонстрировать промышленным партнерам практическую ценность новой технологии.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365