論文の概要: Die to wafer direct bonding of (100) single-crystal diamond thin films for quantum optoelectronics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.17140v1
• Date: Tue, 17 Mar 2026 21:12:02 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-19 18:32:57.394956
• Title: Die to wafer direct bonding of (100) single-crystal diamond thin films for quantum optoelectronics
• Title（参考訳）: 100)単結晶ダイヤモンド薄膜の量子光学への応用
• Authors: Dominic Lepage, Amin Yaghoobi, Heidi Tremblay, Dominique Drouin,
• Abstract要約: この研究は、単結晶ダイヤモンド(SCD)のユニークな材料特性を利用するナノフォトニック量子システムの製造を解き放つ。 キャリヤウエハへの高品位超薄ダイヤモンド薄膜の直接接合のための半導体互換プロセスを導入することで実現した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: This work unlocks the manufacturing of nanophotonic quantum systems that exploit the unique material properties of single-crystal diamond (SCD). We achieve this by introducing a semiconductor-compatible process for the direct bonding of multiple high-quality, ultrathin diamond films onto a carrier wafer, enabling the subsequent parallel nanofabrication of optoelectronic integrated circuits. Central to this approach is a new diamond surface-preparation method that avoids boiling tri-acid mixtures while producing exceptionally clean 20 um thin single crystals. These platelets are bonded side-by-side to 100 mm silica wafers and exhibit a record shear strength of 45.1 MPa for (100)-oriented diamond, surpassing all previously reported bonding attempts. Evidence indicates that the bonding is dominated by van der Waals interactions, likely arising from mismatched protonation mechanisms between Si-OH and C-OH surface terminations, rather than from covalent-bond-driven mechanisms. Despite this non-molecular nature, the heterostructures remain stable through liquid immersions and standard nanofabrication steps. Because the method depends primarily on surface cleanliness and roughness rather than specific chemistries, it is broadly transferable across wafer materials. This capability to parallel-bond ultrathin SCD films onto large-area substrates provides a scalable route to high-performance platforms spanning nanophotonic quantum technologies, high-power electronics, MEMS, and biotechnology.
• Abstract（参考訳）: この研究は、単結晶ダイヤモンド(SCD)のユニークな材料特性を利用するナノフォトニック量子システムの製造を解き放つ。 我々は、複数の高品質の超薄ダイヤモンド薄膜をキャリアウェハに直結する半導体互換プロセスを導入し、光電子集積回路のパラレルナノファブリケーションを可能にした。 このアプローチの中心となるのは、三酸の混合物を沸騰させるのを避ける新しいダイヤモンド表面の調製方法です。 これらの血小板は100mmのシリカウェハと並んで結合し、(100)配向ダイヤモンドに対して45.1MPaのせん断強度を示す。 エビデンスによれば、結合はファンデルワールス相互作用によって支配されており、共有結合駆動機構ではなく、Si-OHとC-OH表面末端のミスマッチしたプロトン化機構によって引き起こされると考えられる。 この非分子的な性質にもかかわらず、ヘテロ構造は液体浸漬と標準的なナノファブリケーションステップを通して安定である。 この方法は主に特定の化学薬品よりも表面の清潔さと粗さに依存しているため、ウェハ材料間で広く伝達可能である。 これにより、ナノフォトニック量子技術、高出力エレクトロニクス、MEMS、バイオテクノロジーにまたがる高性能プラットフォームへのスケーラブルな経路が実現される。

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