Các ứng dụng liên quan đến kim cương trong chuỗi công nghiệp bán dẫn
Như chúng ta đã biết, chất bán dẫn là công nghệ chiến lược cốt lõi của nhiều thiết bị và hệ thống điện tử. Những cải tiến trong thiết kế và sản xuất chất bán dẫn đang thúc đẩy các công nghệ đột phá mới: 5G, Internet vạn vật, trí tuệ nhân tạo, xe điện, khả năng quốc phòng và an ninh tiên tiến.
Trong chuỗi công nghiệp bán dẫn, liên kết xử lý chiếm một vị trí quan trọng và là một liên kết cực kỳ quan trọng.
Xử lý chất bán dẫn
Xử lý chất bán dẫn là quá trình từ thanh tinh thể đến chip đơn. Theo phân loại quy trình, công nghệ xử lý đầu cuối của vật liệu bán dẫn chủ yếu bao gồm cắt thanh tinh thể, làm tròn thanh tinh thể, cắt thanh tinh thể, mài wafer, vát cạnh wafer và mài cạnh, làm mỏng và đánh bóng wafer; quy trình đóng gói tiếp theo bao gồm sản xuất mạch, đánh bóng, làm mỏng và cắt hạt lựu, tất cả đều không thể tách rời khỏi việc sử dụng rộng rãi các công cụ kim cương.
Hiện nay, vật liệu bán dẫn thế hệ thứ ba được đại diện bởi silicon carbide và gali nitride có những ưu điểm là trường điện đánh thủng cao, độ dẫn nhiệt cao, tỷ lệ bão hòa electron cao và khả năng chống bức xạ mạnh, đồng thời phù hợp hơn với các tình huống điện áp cao và tần số cao. Đồng thời, silicon carbide và gali nitride cứng và khó gia công, trong khi vật liệu kim cương và các sản phẩm liên quan đã trở thành một phần không thể thiếu của quy trình gia công bán dẫn thế hệ thứ ba do đặc tính siêu cứng của chúng.
Với sự phổ biến của các công nghệ như 5G và Internet vạn vật, ngành công nghiệp điện tử tiêu dùng có nhu cầu gia công chính xác ngày càng tăng. Các công cụ kim cương và sản phẩm bột kim cương cung cấp các giải pháp xử lý bề mặt chính xác chất lượng cao cho kim loại, gốm sứ và vật liệu giòn, thúc đẩy tiến bộ công nghệ và nâng cấp công nghiệp trong ngành.
Các ứng dụng khác trong lĩnh vực bán dẫn
Chip kim cương Kim cương không chỉ là vật liệu cứng nhất trong tự nhiên mà còn có độ dẫn nhiệt tuyệt vời và độ linh động electron cao. Trong các ứng dụng thiết bị tần số cao, chip kim cương có thể khắc phục hiệu quả “hiệu ứng tự gia nhiệt” để đảm bảo thiết bị vẫn có thể hoạt động ổn định trong môi trường nhiệt độ cao.
Tản nhiệt kim cương Kim cương đã trở thành lựa chọn lý tưởng để tản nhiệt cho các thiết bị công suất cao do độ dẫn nhiệt tuyệt vời (lên đến 2000W/m·k, gấp 5 lần đồng và bạc) và đặc tính cách điện tuyệt vời. Trong laser bán dẫn công suất cao, việc ứng dụng bộ tản nhiệt kim cương có thể cải thiện đáng kể hiệu suất tản nhiệt và giảm điện trở nhiệt, do đó tăng công suất đầu ra của laser và kéo dài tuổi thọ của nó.
Bao bì điện tử Bằng cách kết hợp các hạt kim cương với các ma trận kim loại có độ dẫn nhiệt cao như Ag, Cu và Al, vật liệu composite ma trận kim cương/kim loại được chế tạo ban đầu đã chứng minh được tiềm năng to lớn của nó trong lĩnh vực bao bì điện tử. Đặc biệt là tại thời điểm nhu cầu về năng lượng điện toán đang tăng vọt, các chất nền đóng gói kim cương cung cấp các giải pháp sáng tạo cho vấn đề tản nhiệt của chip hiệu suất cao, giúp phát triển nhanh chóng các ngành công nghiệp như AI và trung tâm dữ liệu.
Cửa sổ quang học Cửa sổ quang học kim cương là một thiết bị quang học được sử dụng trong điều kiện khắc nghiệt và thường được sử dụng trong các thiết bị quân sự cao cấp như đầu dò tên lửa. Kim cương, với hệ số giãn nở nhiệt nhỏ nhất và độ dẫn nhiệt cao nhất, là một trong những vật liệu tốt nhất để chế tạo các cửa sổ như vậy. Cửa sổ quang học kim cương có thể giảm nhiệt độ hiệu quả, đảm bảo hoạt động ổn định của các máy dò hồng ngoại và cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của tên lửa.
Công nghệ lượng tử Trong lĩnh vực công nghệ lượng tử, trung tâm màu NV của kim cương, với tư cách là ứng cử viên bit lượng tử tự nhiên, cung cấp khả năng hiện thực hóa điện toán lượng tử trạng thái rắn và xử lý thông tin lượng tử.
Điện cực BDD Điện cực kim cương pha tạp boron (BDD) có những ưu điểm độc đáo trong các quy trình oxy hóa nâng cao điện hóa với cửa sổ điện hóa cực rộng, tiềm năng giải phóng oxy cực cao, đặc tính hấp phụ cực thấp và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời.
Mặc dù ứng dụng trực tiếp của kim cương làm vật liệu chip vẫn còn xa vời, nhưng nó đã cho thấy tiềm năng và giá trị to lớn trong nhiều mắt xích của chuỗi công nghiệp bán dẫn. Từ quá trình xử lý chất bán dẫn đến bộ tản nhiệt và đóng gói kim cương, đến công nghệ lượng tử và ứng dụng điện cực BDD, kim cương đang dần thâm nhập vào nhiều lĩnh vực quan trọng của ngành công nghiệp bán dẫn, thúc đẩy đổi mới công nghệ và nâng cấp công nghiệp.