Japanse onderzoekers hebben een nieuwe methode ontwikkeld om zuinigere chips te produceren die hogere klokfrequenties aankunnen door gebruik te maken van wafers van synthetische diamant. Tot op heden bleek het een struikelblok om diamanten wafers te produceren die groot genoeg zijn om massaproductie rendabel te maken. Met de nieuwe gegevens lijkt echter een horde overwonnen te zijn.
Diamant is de beste warmtegeleidende stof die op aarde voorkomt, nog vele malen beter dan grafiet, dat ook onderzocht wordt om als basis voor de opvolger van de huidige silicium chips te dienen. Hoewel pure diamant zeer sterke elektrisch isolerende eigenschappen heeft, wordt het door op de juiste manier onzuiverheden toe te voegen een halfgeleider. Deze twee eigenschappen bieden de potentie voor het produceren van hooggeklokte chips die toch weinig energie verstoken en zodoende ook minder warmte kunnen genereren.
Synthetisch diamant wordt gemaakt door een chemisch opdampproces daar bekendstaat als chemical vapor deposition. Hierbij zet een plasma van methaan- of een ander koolwaterstofgas koolstofatomen af op een oppervlak bezaaid met deeltjes diamant. De diamanten deeltjes doen dienst als entkristal, waarmee een grotere structuur kan worden gecreëerd. De grootste wafers die met behulp van deze methode tot nu toe ontwikkeld zijn, zijn ongeveer een vierkante centimeter groot en een paar millimeter dik. Kortom, nog lang niet in de buurt van silicium wafers met een doorsnede van 100 tot 300 mm die de industrie momenteel veelvuldig toepast.
Om grotere diamanten wafers te maken kwamen de Japanse onderzoekers op het idee om meerdere van de kleine wafers te combineren tot één groter geheel. Dit bleek te werken, maar het resulteerde in een plakkaat van verkeerd uitgelijnde kristalroosters, die ongeschikt was om transistors mee te construeren. Om het probleem van de uitlijning op te lossen gingen de onderzoekers aan de slag met telkens dezelfde entkristallen om nieuwe wafers te groeien. Het gevolg was dat elke resulterende wafer een soort van kopie was van de anderen, in andere woorden: een kloon. Deze wafers konden vervolgens wél gecombineerd worden, omdat de kristalroosters naadloos op elkaar aansluiten.
Het resultaat is een diamanten wafer met een oppervlakte van 25 mm², bestaande uit zes kleinere kloonwafers. Er kunnen in theorie echter oneindig veel van deze kleinere wafers aan elkaar geplakt worden, claimt een van de onderzoekers. De komende maanden zal gewerkt worden aan flink grotere varianten van 2500 mm² (50 x 50 mm) en 5625 mm² (75 x 75 mm).
Kleine diamanten (kloon)wafers kunnen gecombineerd worden tot één groter geheel
Bronnen: AIST, NewScientist
