La nuova era dei dispositivi in diamante

La nuova era dei dispositivi in diamante

Le pellicole in diamante sono uno fra i materiali più straordinari sul pianeta. Sono forti, trasparenti e conducono bene il calore. Sono biologicamente inerti ma possono anche essere funzionalizzate chimicamente facendo aderire delle molecole alla loro superficie.
Oltretutto, quando potenziate, diventano semiconduttrici e possono essere adoperate nei circuiti elettronici.

Le pellicole in diamante sono uno fra i materiali più straordinari sul pianeta. Sono forti, trasparenti e conducono bene il calore

Non è una sorpresa che gli scienziati dei materiali siano tentati dall’ipotesi di incorporare questo materiale meraviglioso in quanti più dispositivi possibili. C’è però un problema. Le pellicole in diamante devono essere cresciute a temperature elevate e in un ambiente di ossigeno puro, un processo incompatibile con quelli adoperati per produrre altri microdispositivi, quali i chip in silicio.

Una soluzione utile sarebbe quella di produrre le pellicole in diamante in un punto per poi trasferirle in un altro punto dove poterle depositare su chip ed altri dispositivi. Oggi, Venkatesh Seshan e alcuni colleghi del Kavli Institute of Nanosciences, nei Paesi Bassi, sostengono di aver perfezionato un sistema per far crescere pellicole in diamante su un substrato di quarzo, separarle, raccoglierle e depositarle altrove.

Un team del Kavli Institute of Nanosciences, nei Paesi Bassi, ha perfezionato un nuovo sistema per far crescere pellicole in diamante

Il team comincia col depositare sulla superficie di quarzo dei semi cristallini di nanodiamante, per poi riscaldarli ad oltre 500° C in un’atmosfera di plasma di idrogeno. In questo ambiente, i semi crescono e creano una superficie cristallina di diamante fino a raggiungere uno spessore di 180 nanometri.

Il team ha perfezionato un’innovativa tecnica per liberare la pellicola di diamante dal substrato. Durante la crescita, questi materiali si espandono a ritmi differenti provocando delle sollecitazioni che separano uno strato da un altro. «Le condizioni sono state scelte appositamente affinché, ad uno spessore di ~180 nm, queste sollecitazioni bastino a infrangere la pellicola e distaccarla dalla superficie di quarzo, formando numerose nanopellicole», spiegano Seshan e co.

Il team utilizza un microscopio ottico per identificare le nanopellicole ed una pellicola adesiva per rimuoverla. La pellicola adesiva viene quindi posizionata su un dispositivo, come un circuito elettronico, e adagiato al suo posto. Per finire, il team rimuove la pellicola adesiva in un processo che richiede 10 minuti.

Seshan e co hanno testato la loro tecnica creando una serie di dispositivi basati sulle nanopellicole in diamante, come dei risonatori simili a tamburi, un circuito elettronico, ed hanno persino applicato una pellicola su altre, realizzate con materiali differenti, per dimostrare la possibilità di creare materiali completamente nuovi formati da strati alternati.

Il potenziale è chiaro. Nell’attuale era del silicio e del grafene, questo genere di lavoro potrebbe tramutarsi in una nuova tecnologia con il potenziale per inaugurare la fase del diamante

Questa dimostrazione è particolarmente utile perché il team può così caratterizzare il comportamento delle pellicole in nanodiamante in una diversità di situazioni. Apre inoltre la strada al suo impiego in un’ampia gamma di applicazioni.

Ovviamente, non mancano le avvertenze. L’identificazione delle nanopellicole e il loro posizionamento corretto richiedono tempo, per cui la tecnica non sarà mai utile alla produzione massiccia di dispositivi basati sul diamante. Occorrerà aspettare che venga sviluppata una tecnica in grado di depositare automaticamente le nanopellicole in parallelo su scala massiccia.

Con il rapido sviluppo delle tecniche di visualizzazione artificiale, gli esseri umani potrebbero presto essere rimossi dall’equazione. La massiccia parallelizzazione di tecniche manifatturiere del genere richiederanno più tempo.

Il potenziale è chiaro. Nell’attuale era del silicio e del grafene, questo genere di lavoro potrebbe tramutarsi in una nuova tecnologia con il potenziale per inaugurare la tecnologia del diamante.

Per approfondimenti: Pick-Up and Drop Transfer of Diamond Nanosheets.