Use of natural and synthetic diamonds in the design of electronic equipment products

Authors

  • Evgeniy B. Shershnev Francisk Skorina Gomel State University, 104 Savieckaja Street, Gomiel 246019, Belarus

Keywords:

application of diamonds in microelectronics, thermophysical characteristics of diamond, brittle separation of diamond by laser radiation, ultrashort laser pulses

Abstract

An analysis of the dependencies of the thermal and electrophysical characteristics of natural and synthetic diamonds of types Ia, Ib, IIa and IIb on the specifics of their crystal lattice structure was conducted. The physicochemical and technological features of diamond processing by pulsed laser radiation using short and ultrashort laser pulses in a wide range of wavelengths and intensities of laser radiation are described. It is shown that by varying laser radiation parameters such as pulse duration, pulse repetition frequency and intensity of laser radiation, various mechanisms of controlled material removal can be implemented to form volumetric microstructures. The main promising areas of application of diamond and diamond-containing components in the manufacturing of electronic products are presented.

Author Biography

  • Evgeniy B. Shershnev, Francisk Skorina Gomel State University, 104 Savieckaja Street, Gomiel 246019, Belarus

    doctor of science (engineering), docent; head of the department of general physics, faculty of physics and information technologies

References

  1. Ральченко В, Конов В. CVD-алмазы. Применение в электронике. Электроника: наука, технология, бизнес. 2007;4:58–67. EDN: NXAPVR.
  2. Olson JR, Pohl RO, Vandersande JW, Zoltan A, Anthony TR, Banholzer WF. Thermal conductivity of diamond between 170 and 1200 and the isotope effect. Physical Review B. 1993;47(22):14850–14856. DOI: 10.1103/PhysRevB.47.14850.
  3. Пелецкий ВЭ. Высокотемпературные исследования тепло- и электропроводимости твердых тел. Москва: Энергия; 1971. 192 с.
  4. Ходунков ВП. Определение теплопроводности электропроводных материалов методами радиационной термометрии. Известия вузов. Приборостроение. 2013;56(3):93–98.
  5. Оситинская ТД, Подоба АП. Применение метода стягивания теплового потока для определения коэффициента теплопроводности твердых тел. Промышленная теплотехника. 1981;3(1):34–48.
  6. Клюев ЮА, Дуденков ЮА, Семенова-Тян-Шанская АС, Зубков ВМ. Двулучепреломление и микротвердость природных алмазов разных типов. Алмазы. 1970;5:11–13.
  7. Николаев АГ. Ионно-лучевая модификация свойств природных алмазов [диссертация]. Казань: Казанский (Приволжский) федеральный университет; 2013. 133 с.
  8. McLellan CA, Myers BA, Kraemer S, Ohno K, Awschalom DD, Bleszynski Jayich AC. Patterned formation of highly coherent nitrogen-vacancy centers using a focused electron irradiation technique. Nano Letters. 2016;16(4):2450–2454. DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b05304.
  9. Yamamoto H, Tokuyama K, Ueda K, Yamamoto H, Baba K. High-power terahertz radiation emitter with a diamond photoconductive switch array. Applied Optics. 2001;40(36):6733–6736. DOI: 10.1364/AO.40.006733.
  10. Martin S. Zerstörmechanismen in optischen Materialien bei Anregung mitultrakurzen Laserpulsen. Berlin: Freie Universität Berlin; 2004. 101 S.
  11. Chien CY, Gupta MC. Pulse width effect in ultrafast laser processing of materials. Applied Physics A. 2005;81:1257–1263. DOI: 10.1007/s00339-004-2989-z.
  12. Shirk MD, Molian PA, Malshe AP. Ultrashort pulsed laser ablation of diamond. Journal of Laser Applications. 1998;10(2):64–70. DOI: 10.2351/1.521822.
  13. Strekalov VN, Konov VI, Kononenko VV, Pimenov SM. Early stages of laser graphitization of diamond. Applied Physics A. 2003;76:603–607. DOI: 10.1007/s00339-002-2014-3.
  14. Miotello A, Ossi PM, editors. Laser-surface interactions for new materials production. New York: Springer; 2010. XVI, 358 p. (Springer series in materials science; volume 130). DOI: 10.1007/978-3-642-03307-0.
  15. Hu W, Shin YuC, King G. Modeling of multi-burst mode pico-second laser ablation for improved material removal rate. Applied Physics A. 2010;98:407–415. DOI: 10.1007/s00339-009-5405-x.
  16. Белянин АФ, Самойлович МИ. Пленки алмаза и алмазоподобных материалов: формирование, строение и применение в электронике. Высокие технологии в промышленности России. Москва: Центральный научно-исследовательский технологический институт «Техномаш»; 2003. 19 с.
  17. Казючиц НМ, Русецкий МС, Наумчик ЕВ, Казючиц ВН. Синтетические алмазы СТМ «Алмазот» – результаты исследований и некоторые применения. В: Оджаев ВБ, редактор. Материалы и структуры современной электроники. Сборник научных трудов VII Международной научной конференции, посвященной 50-летию кафедры физики полупроводников и наноэлектроники; 12–13 октября 2016 г.; Минск, Беларусь. Минск: Издательский центр БГУ; 2016. с. 62–67. EDN: ISZVSD.
  18. Лучинин В, Колядин А, Ягудаев Ю, Ильин С. Алмаз электронного качества. Инновации. Инвестиции. Креативные проекты. Электроника: наука, технология, бизнес. 2023;4:70–89. DOI: 10.22184/1992-4178.2023.225.4.70.89.
  19. Диордица ВВ. Теплоотводы на основе алмаза. В: Белорусский национальный технический университет. Материалы 70-й студенческой научно-технической конференции; 6 марта 2015 г.; Минск, Беларусь. Минск: Белорусский национальный технический университет; 2015. с. 128–131.
  20. Шершнев ЕБ. Термохимическая обработка алмаза движущимся тепловым источником. Известия Гомельского государственного университета имени Франциска Скорины. 2023;6:123–129. EDN: BSBEUX.
  21. Карасев ВЮ, Крюков ВД, Пинтус СМ, Кузнецов МГ, Лыков АА, Белов БА. Новые перспективы применения кристаллов алмаза в микроэлектронике. Микроэлектроника. 2006;35(5):339–346. EDN: HBCNSM.

Downloads

Published

2025-11-03

Issue

No. 2 (2025): Journal of the Belarusian State University. Physics

Section

Laser Physics

License

Copyright (c) 2025 Journal of the Belarusian State University. Physics

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

The authors who are published in this journal agree to the following:

  1. The authors retain copyright on the work and provide the journal with the right of first publication of the work on condition of license Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. The authors retain the right to enter into certain contractual agreements relating to the non-exclusive distribution of the published version of the work (e.g. post it on the institutional repository, publication in the book), with the reference to its original publication in this journal.
  3. The authors have the right to post their work on the Internet (e.g. on the institutional store or personal website) prior to and during the review process, conducted by the journal, as this may lead to a productive discussion and a large number of references to this work. (See The Effect of Open Access.)

How to Cite

(1)
Shershnev, E. B. Use of Natural and Synthetic Diamonds in the Design of Electronic Equipment Products. Журнал Белорусского государственного университета. Физика 2025, No. 2, 49-59.