Le diamant est l'un des matériaux les plus prisés des technologies avancées en raison de sa dureté inégalée, de sa capacité à mener la chaleur et la capacité d'accueillir des défauts adaptés aux quantités. Les mêmes qualités qui rendent le diamant utile le rendent également difficile à traiter.
Les ingénieurs et les chercheurs qui travaillent avec du diamant pour les capteurs quantiques, l'électronique de puissance ou les technologies de gestion thermique en ont besoin en couches ultra-surrelles et ultrasmoth. Mais les techniques traditionnelles, comme la coupe et le polissage au laser, endommagent souvent le matériau ou créent des défauts de surface.
L'implantation d'ions et le décollage sont un moyen de séparer une fine couche de diamant d'un cristal plus grand en bombardant un substrat de diamant avec des ions de carbone à haute énergie, qui pénètrent à une profondeur spécifique sous la surface. Le processus crée une couche enfouie dans le substrat de diamant où le réseau cristallin a été perturbé. Cette couche endommagée agit effectivement comme une couture: par recuit à haute température, il se transforme en graphite lisse, permettant à la couche de diamant au-dessus de lui être éteinte dans une tranche uniforme et ultrathin.
Une équipe de chercheurs de Rice University a développé un moyen plus simple et plus efficace pour réaliser le décollage: au lieu d'un recuit à haute température, ils ont découvert que la croissance d'une épilage supplémentaire de diamant au sommet du substrat après l'implantation ionique est suffisante pour transformer le graphite de couche endommagé.
Selon une étude publiée dans Matériaux fonctionnels avancésla technique raffinée peut contourner le recuit à haute température et génère des films de diamant de plus haute pureté que les substrats originaux. De plus, le substrat subit un minimum de dommages dans le processus et peut être réutilisé, ce qui rend l'ensemble du processus économe en ressources et évolutives.
« Nous avons constaté que la prolifération de diamant convertit la couche de dégâts enfouie en une mince feuille de graphitique, supprimant le besoin d'un recuit à base d'énergie », a déclaré Xiang Zhang, professeur de recherche adjoint de science des matériaux et de nano-ingénierie chez Rice et un auteur correspondant dans l'étude. « Le film de diamant qui en résulte est plus pur et de meilleure qualité que le diamant d'origine, correspondant à la qualité de qualité électronique. »
Selon Zhang, ces films de diamant ultrapure « pourraient révolutionner l'électronique, permettant des appareils plus rapides et plus efficaces, ou servir de base à des ordinateurs quantiques qui résolvent des problèmes hors de portée d'aujourd'hui ».
Pour développer une nouvelle couche de diamant sur le substrat, les chercheurs ont utilisé le dépôt de vapeur chimique plasmatique micro-ondes, une méthode qui dépose un nouveau matériau de diamant sur la surface en parfait alignement avec le cristal sous-jacent. Les chercheurs ont émis l'hypothèse que les conditions du processus de croissance lui-même étaient suffisantes pour entraîner la conversion de la couche de dégâts enterrée en graphite, sans avoir besoin de chauffage supplémentaire.
Pour confirmer cette théorie, l'équipe a examiné comment les interfaces entre le substrat de diamant, la couche de dégâts enfouie et le film envahi par la végétation ont évolué pendant la prolifération du diamant en utilisant une combinaison de microscopie électronique à transmission, de spectroscopie d'énergie électronique, de spectroscopie Raman et de cartographie de photoluminescence.
« En corrélant l'imagerie au niveau atomique avec des signatures spectroscopiques, nous démontrons que la prolifération de diamant est suffisante pour former une couche de libération graphitique propre, préserver la douceur du substrat et donner des films de diamant de qualité électronique, ce qui est crucial pour les technologies quantiques », a déclaré Zhang.
En simplifiant la production et en stimulant la durabilité, la nouvelle méthode pourrait permettre le développement de technologies transformatrices à base de diamants.
