En glittrande framtid?

För tre år sedan skrev jag i inledningen till min licentiatsavhandling att

[Carbon] in the form of hydrocarbon polymers [...] bears great economic value and can maybe be said to define our plastic and petroleum age. Before long carbon might even come to replace silicon as our element of choice for electronic components

Då refererade jag till en artikel i Nature [1] och nyligen i Science finns ytterligare en artikel på temat [2]. Här konstateras att trots att konstgjorda diamanter tillverkats sedan länge har det ofta upprepade löftet om dimanter i elektroniken inte uppfyllts.

Bakom problemen ligger till stor del faktorer i tillverkningsprocessen. Diamantfilmer av hög kvalitet tillverkas med hjälp av kemisk gasdepostion (CVD) genom att en blandning av väte och metan aktiveras av ett plasma eller ett varmt filment vilket leder till att en kolfilm deponeras på en varm provyta. Om ytan är över 700 °C bildas en diamantfilm istället för en film av amorft kol. Kuriöst kan tilläggas att kolnanorör kan tillverkas på exakt samma sätt, fast med en katalysator, oftast järn eller nickel, närvarande.

Liksom i fallet nanorör är den höga temperaturen ett problem som starkt begränsar vilka substrat som kan användas. Ett annat bekymmer är att diamantfilmen växer långsamt och därmed blir väldigt dyr. Därtill är det svårt att skapa filmer av tillräckligt uniform kvalitet över stora ytor, något som behövs nu när industrin gör sig redo att börja använda sig av 20-tums-kiselwafrar för kretstillverkning. Men visst hopp finns. Nya resultat visar att det är möjligt att dopa ytan av diamantfilmer med t.ex. aminer som kan binda till specifika DNA-bitar eller proteiner. Mycket arbete sker för utveckling av dylika biosensorer. Ett annat exempel är att utnyttja diamants extremt goda värmeledningsförmåga till att skapa en sandwichstruktur där en diamantfilm under en tunn kiselfilm, på vilken kretsar kan tillverkas med befintliga metoder, hjälper till att leda bort värme från elektroniska komponenter. Något som kan hjälpa till att överkomma den så kallade värmebarriären. Om vissa teknologiska hinder kan klaras ut så räknar man med diamant i processorerna inom 5-10 år.

Så, kanske har diamanter en glittrande framtid men många hinder finns på vägen och man kanske skall vara försiktigt i sitt utropande av det nya mirakelmaterialet. Vi har sett alltför ofta alltför optimistiska förutsägelser.

[1] Lee, S. T. and Lifshitz, Y., “The road to diamond wafers,” Nature 424, 2003, 500–501.
[2] May, P. W., “The New Diamond Age?” Science 319, 2008, 1490-1491.