Applications liées au diamant dans la chaîne industrielle des semi-conducteurs
Comme nous le savons tous, les semi-conducteurs sont la technologie stratégique de base de nombreux appareils et systèmes électroniques. Les innovations dans la conception et la fabrication des semi-conducteurs sont à l’origine de nouvelles technologies disruptives : 5G, Internet des objets, intelligence artificielle, véhicules électriques, capacités avancées de défense et de sécurité.
Dans la chaîne industrielle des semi-conducteurs, le maillon de traitement occupe une position vitale et constitue un maillon extrêmement important.
Traitement des semi-conducteurs
Le traitement des semi-conducteurs est le processus allant de la tige de cristal à la puce unique. D’après la classification des processus, la technologie de traitement en amont des matériaux semi-conducteurs comprend principalement la découpe de la tige de cristal, l’arrondi de la tige de cristal, le tranchage de la tige de cristal, le meulage des plaquettes, le chanfreinage et le meulage des bords des plaquettes, ainsi que l’amincissement et le polissage des plaquettes ; le processus de conditionnement ultérieur comprend la production de circuits, le polissage, l’amincissement arrière et le découpage en dés, qui sont tous indissociables de l’utilisation intensive d’outils diamantés.
À l’heure actuelle, les matériaux semi-conducteurs de troisième génération représentés par le carbure de silicium et le nitrure de gallium présentent les avantages d’un champ électrique de claquage élevé, d’une conductivité thermique élevée, d’un taux de saturation électronique élevé et d’une forte résistance aux radiations, et sont plus adaptés aux scénarios de haute tension et de haute fréquence. Dans le même temps, le carbure de silicium et le nitrure de gallium sont durs et difficiles à traiter, tandis que les matériaux diamantés et les produits associés sont devenus un élément indispensable du processus de traitement des semi-conducteurs de troisième génération en raison de leurs propriétés ultra-dures.
Avec la popularisation de technologies telles que la 5G et l’Internet des objets, l’industrie de l’électronique grand public a une demande croissante d’usinage de précision. Les outils diamantés et les produits en poudre de diamant offrent des solutions de traitement de surface de précision de haute qualité pour les métaux, la céramique et les matériaux cassants, favorisant le progrès technologique et la mise à niveau industrielle dans l’industrie.
Autres applications dans le domaine des semi-conducteurs
Pile de diamant Le diamant n’est pas seulement le matériau le plus dur de la nature, mais il possède également une conductivité thermique étonnante et une mobilité électronique élevée. Dans les applications de dispositifs à haute fréquence, les puces en diamant peuvent surmonter efficacement « l’effet d’auto-échauffement » pour garantir que l’équipement peut toujours fonctionner de manière stable dans des environnements à haute température.
Dissipateur thermique en diamant Le diamant est devenu un choix idéal pour la dissipation thermique des appareils à haute puissance en raison de son excellente conductivité thermique (jusqu’à 2000 W/m·k, 5 fois celle du cuivre et de l’argent) et de ses excellentes propriétés d’isolation. Dans les lasers à semi-conducteurs à haute puissance, l’application de dissipateurs thermiques en diamant peut améliorer considérablement l’efficacité de la dissipation thermique et réduire la résistance thermique, augmentant ainsi la puissance de sortie du laser et prolongeant sa durée de vie.
Emballage électronique En combinant des particules de diamant avec des matrices métalliques à haute conductivité thermique telles que Ag, Cu et Al, le matériau composite diamant/matrice métallique préparé a initialement démontré son grand potentiel dans le domaine de l’emballage électronique. En particulier à l’heure où la demande en puissance de calcul augmente, les substrats d’emballage en diamant offrent des solutions innovantes au problème de dissipation thermique des puces hautes performances, contribuant au développement rapide d’industries telles que l’IA et les centres de données.
Fenêtre optique La fenêtre optique en diamant est un dispositif optique utilisé dans des conditions extrêmes et est souvent utilisée dans les équipements militaires haut de gamme tels que les autodirecteurs de missiles. Le diamant, avec son plus petit coefficient de dilatation thermique et sa conductivité thermique la plus élevée, est l’un des meilleurs matériaux pour fabriquer de telles fenêtres. La fenêtre optique en diamant peut réduire efficacement la température, assurer le fonctionnement stable des détecteurs infrarouges et améliorer la précision et la fiabilité du guidage des missiles.
Technologie quantique Dans le domaine de la technologie quantique, le centre de couleur NV du diamant, en tant que candidat naturel au bit quantique, offre la possibilité de réaliser l’informatique quantique à l’état solide et le traitement de l’information quantique.
Électrode BDD L’électrode en diamant dopé au bore (BDD) présente des avantages uniques dans les processus d’oxydation électrochimique avancés avec sa fenêtre électrochimique extrêmement large, son potentiel d’évolution de l’oxygène extrêmement élevé, ses caractéristiques d’adsorption extrêmement faibles et son excellente résistance à la corrosion.
Bien que l’application directe du diamant comme matériau de puce soit encore loin, il a montré un grand potentiel et une grande valeur dans de nombreux maillons de la chaîne de l’industrie des semi-conducteurs. Du traitement des semi-conducteurs aux dissipateurs thermiques et à l’emballage en diamant, en passant par la technologie quantique et les applications d’électrodes BDD, le diamant pénètre progressivement dans divers domaines clés de l’industrie des semi-conducteurs, favorisant l’innovation technologique et la mise à niveau industrielle.