Алмаз состоит из атомов углерода, расположенных в виде строго упорядоченной кристаллической решетки. Для получения крупного монокристалла необходимо поддерживать такое расположение атомов во всем объеме материала в процессе его роста. Даже незначительные отклонения могут привести к возникновению дефектов, которые ухудшают значимые для производства свойства кристалла, пишет IE.
Искусственные алмазы, изготовленные современными методами (с использованием высокого давления и температуры) не пригодны для получения крупных монокристаллов, пригодных для использования в полупроводниковой промышленности. Альтернатива существует — метод химического осаждения из газовой фазы позволяет выращивать алмаз из углеродсодержащего газа. Особый интерес в области производства крупных высококачественных алмазных кристаллов имеет метод осаждения из газовой фазы с использованием микроволновой плазмы.
Ранее Diamond Foundry уже представила монокристаллическую алмазную пластину диаметром 100 мм, выращенную методом гетероэпитаксии — технологией, при которой кристалл формируется на подложке из другого материала, при этом структура подложки способствует выстраиванию упорядоченной алмазной решетки. Использовался ли при создании нового кристалла диаметром 200 мм тот же самый процесс, в компании не уточнили.
Рекордно большой кристалл диаметром 200 мм представляет собой единую непрерывную структуру, а не совокупность соединенных между собой мелких алмазов или поликристаллический диск, состоящий из множества отдельных зерен. Это различие принципиально, так как границы зерен и дефекты могут влиять на эффективность переноса тепла и электрического заряда внутри материала.
Одним из наиболее привлекательных свойств алмаза является его исключительная теплопроводность. При комнатной температуре монокристаллический алмаз высокой чистоты обладает теплопроводностью около 2000 ватт на метр-кельвин (Вт/м·К) — в несколько раз выше, чем у меди. Благодаря этому свойству алмазы могут быть полезны для отвода тепла в современных электронных устройствах, мощность которых постоянно растет.
Алмаз может использоваться в качестве теплораспределителя или подложки в передовых корпусах микросхем, способствуя отводу тепла от наиболее нагретых зон. Кроме того, широкая запрещенная зона делает алмаз перспективным материалом для мощной и высокочастотной электроники, работающей в сложных электрических условиях.
Тем не менее, алмаз пока нельзя рассматривать как простую замену кремнию. Создание на его основе электронных устройств сопряжено с рядом трудностей — в частности, сложно добиться надежного управления электрическими свойствами материала путем легирования. Интеграция алмаза в существующие полупроводниковые технологии и производственные процессы также требует дальнейших исследований.
Самые прочные алмазы — так называемые лонсдейлиты — в природных условиях встречаются крайне редко, только в местах падения метеоритов. Благодаря гексагональной, а не кубической кристаллической решетке они отличаются повышенной твердостью. Команда ученых из КНР нашла способ синтезировать лонсдейлиты в лабораторных условиях из графита.
