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2 Mai, 2022

Le succès de la technologie de production de masse d’une tranche de diamant de 2 pouces d’une ultra-haute pureté devrait stimuler la réalisation de l’informatique quantique.

Le succès de la technologie de production de masse d’une tranche de diamant de 2 pouces d’une ultra-haute pureté devrait stimuler la réalisation de l’informatique quantique.

Les diamants obtenus permettent notamment de stocker l’équivalent d’un milliard de disques Blu-ray sur 5 centimètres de diamètre.

La société japonaise Adamant Namiki Precision Jewel Co. Ltd. a réussi à mettre au point une méthode de production en série de tranches de diamant de 2 pouces (5,08 cm) à ultra-haute pureté. Ce diamant ultra-haute pureté ne contient pas plus de 3 ppb (parties par milliard) d’atomes d’azote, comme l’exigent les applications quantiques, telles que les ordinateurs quantiques*1, les mémoires quantiques*2 et les dispositifs de détection quantiques. La plaquette de diamant nouvellement développée a un diamètre de 2 pouces (environ 55 mm), bien plus grand que le cristal de 4 mm×4 mm actuellement disponible. Cette nouvelle technologie devrait permettre de faire progresser les applications quantiques. Adamant Namiki prévoit de commercialiser le produit en 2023.

Le 9 septembre 2021, Adamant Namiki Precision Jewel Co. Ltd. a réussi, en collaboration avec l’université de Saga, à produire une plaquette de 2 pouces de diamètre (nom commercial : KENZAN DiamondTM) en utilisant une méthode unique d’écoulement par étapes*3. Toutefois, cette méthode utilisait de l’azote gazeux pour obtenir un taux de croissance élevé adapté à la production de masse, mais laissait plusieurs ppm (parties par million) d’impuretés d’azote, ce qui affectait les applications quantiques. Depuis lors, Adamant Namiki a amélioré sa méthode de production pour obtenir un diamant ultra-haute pureté de 2 pouces ne contenant pas plus de 3 ppb d’azote, ce qui le rend approprié pour les applications quantiques.

En revanche, les plaquettes de diamant ultra-haute pureté disponibles dans le commerce qui ne contiennent pas plus de 3 ppb d’azote ne mesurent que 4 mm×4 mm. Si cette taille de plaquette peut être utilisée pour la recherche fondamentale, elle est trop petite pour les applications pratiques. Adamant Namiki a mis au point une nouvelle technologie de production de masse pour les tranches de diamant de 2 pouces qui élimine pratiquement toute contamination par l’azote pendant le processus de croissance du cristal, ce qui permet d’obtenir une très grande pureté. Une plaquette de diamant de 2 pouces permet théoriquement d’obtenir suffisamment de mémoire quantique pour enregistrer 1 milliard de disques Blu-ray. Cela équivaut à toutes les données mobiles distribuées dans le monde en une journée.

Fig. Tranche de diamant ultra-pure de 2 pouces (55 mm de diamètre) et cristal de 4 mm×4 mm actuellement disponible.

Adamant Namiki prévoit de développer la technologie périphérique, y compris la technologie de polissage, en vue d’un lancement commercial en 2023. Cela devrait considérablement accélérer la recherche sur les dispositifs quantiques utilisant des plaquettes de diamant de grand diamètre.

Annonce des résultats de la recherche :

Conférence internationale sur la technologie de fabrication des semi-conducteurs composés 2022 le 10 mai 2022 avec comme sujet « La Croissance hétéroépitaxiale de diamant de haute qualité de deux pouces sur saphir pour les dispositifs de puissance ».

Glossaire des termes

*1 Ordinateur quantique

Un ordinateur conventionnel calcule à l’aide de deux chiffres, « 0 » et « 1 ». En revanche, un ordinateur quantique utiliserait les principes de la mécanique quantique. Un ordinateur quantique réduirait considérablement le temps de calcul par rapport à un ordinateur classique, ce qui permettrait des avancées majeures dans de nombreux domaines. La concurrence pour le développement s’accélère donc dans le monde entier.

 *2 Mémoire quantique

Un type de mémoire pour les ordinateurs quantiques. Un défaut du cristal de diamant appelé NV-center présente en principe des performances élevées pour la mémoire quantique. Le NV-center se compose d’un atome d’azote et d’une vacance correspondante dans le réseau du diamant. Ce centre NV pourrait former une force magnétique infime et fonctionner comme une mémoire quantique au niveau atomique. Bien que des recherches soient menées dans le monde entier à l’aide de cristaux de diamant carrés de 4 mm de côté, il est difficile de réaliser des applications pratiques sans plaquettes plus grandes.

Outre le diamant, il est possible d’obtenir un spin électronique dans d’autres matériaux, mais la direction de leur spin ne peut être stabilisée à température ambiante. Apparemment, seul le diamant permet d’obtenir un spin électronique à température ambiante suffisamment fiable pour des applications industrielles, comme les capteurs magnétiques à haute résonance spatiale et à haute sensibilité, l’informatique quantique et les capteurs de marqueurs biologiques. Pour les applications qui nécessitent une haute résolution et une haute sensibilité, un cristal de diamant avec peu d’impuretés est nécessaire, comme le diamant de 2 pouces qui vient d’être développé par Adamant Namiki.

*Méthode de croissance par écoulement en 3 étapes

L’inclinaison de l’orientation cristalline du substrat de saphir de plusieurs degrés par rapport au plan A permet de créer une structure en escalier au niveau atomique pour la croissance du diamant. Le cristal croît (s’écoule) dans une direction latérale à travers les marches, ce qui réduit considérablement la contrainte hétéroépitaxiale et améliore la qualité du cristal.

https://www.ad-na.com/magazine_en/archives/1401