’n Nuwe studie in die joernaal Diamond and Related Materials fokus op die ets van polikristallyne diamant met FeCoB-etsmiddel om patrone te vorm. As gevolg van hierdie verbeterde tegnologiese innovasies kan diamantoppervlaktes sonder skade en met minder defekte verkry word.
Navorsing: Ruimtelike selektiewe ets van diamant in die vaste toestand met behulp van FeCoB met 'n fotolitografiese patroon. Beeldkrediet: Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
Deur die vastestofdiffusieproses kan FeCoB nanokristallyne films (Fe:Co:B=60:20:20, atoomverhouding) tralieteikening en eliminasie van diamante in die mikrostruktuur bereik.
Diamante het unieke biochemiese en visuele eienskappe, sowel as hoë elastisiteit en sterkte. Die uiterste duursaamheid daarvan is 'n belangrike bron van vooruitgang in ultra-presisie bewerking (diamantdraaitegnologie) en die pad na uiterste druk in die reeks van honderde GPa.
Chemiese ondeurdringbaarheid, visuele duursaamheid en biologiese aktiwiteit verhoog die ontwerpmoontlikhede van stelsels wat hierdie funksionele eienskappe gebruik. Diamond het naam gemaak op die gebied van megatronika, optika, sensors en databestuur.
Om die toepassing daarvan moontlik te maak, skep binding van diamante en hul patroon ooglopende probleme. Reaktiewe ioon-ets (RIE), induktief gekoppelde plasma (ICP) en elektronstraal-geïnduseerde ets is voorbeelde van bestaande prosesstelsels wat etstegnieke (EBIE) gebruik.
Diamantstrukture word ook geskep deur gebruik te maak van laser- en gefokusde ioonstraal (FIB) verwerkingstegnieke. Die doel van hierdie vervaardigingstegniek is om delaminering te versnel asook om skaal oor groot gebiede in opeenvolgende produksiestrukture toe te laat. Hierdie prosesse gebruik vloeibare etsmiddels (plasma, gasse en vloeibare oplossings), wat die geometriese kompleksiteit wat bereik kan word, beperk.
Hierdie baanbrekende werk bestudeer materiaalablasie deur chemiese dampgenerering en skep polikristallyne diamant met FeCoB (Fe:Co:B, 60:20:20 atoom persent) op die oppervlak. Die hoofaandag word gegee aan die skepping van TM-modelle vir presiese ets van meterskaalstrukture in diamante. Die onderliggende diamant word aan die nanokristallyne FeCoB gebind deur hittebehandeling by 700 tot 900°C vir 30 tot 90 minute.
'n Ongeskonde laag van 'n diamantmonster dui op 'n onderliggende polikristallyne mikrostruktuur. Die grofheid (Ra) binne elke spesifieke deeltjie was 3.84 ± 0.47 nm, en die totale oppervlakruwheid was 9.6 ± 1.2 nm. Die grofheid (binne een diamantkorrel) van die ingeplante FeCoB-metaallaag is 3.39 ± 0.26 nm, en die laaghoogte is 100 ± 10 nm.
Na uitgloeiing by 800°C vir 30 min, het die metaaloppervlakdikte tot 600 ± 100 nm toegeneem, en die oppervlakruwheid (Ra) het tot 224 ± 22 nm toegeneem. Tydens uitgloeiing diffundeer koolstofatome in die FeCoB-laag in, wat lei tot 'n toename in grootte.
Drie monsters met FeCoB-lae van 100 nm dik is verhit by temperature van onderskeidelik 700, 800 en 900°C. Wanneer die temperatuurreeks onder 700°C is, is daar geen noemenswaardige binding tussen diamant en FeCoB nie, en baie min materiaal word na hidrotermiese behandeling verwyder. Materiaalverwydering word verbeter tot temperature bo 800 °C.
Toe die temperatuur 900°C bereik het, het die etstempo twee keer toegeneem in vergelyking met die temperatuur van 800°C. Die profiel van die geëtste streek verskil egter baie van dié van die ingeplante etsreekse (FeCoB).
Skematiese visualisering van 'n soliede toestand etsmiddel om 'n patroon te skep: Ruimtelik selektiewe vaste toestand ets van diamant deur gebruik te maak van fotolitografies patroon FeCoB. Beeldkrediet: Van Z. en Shankar MR et al., Diamonds and Related Materials.
FeCoB monsters 100 nm dik op diamante is by 800°C vir onderskeidelik 30, 60 en 90 minute verwerk.
Die grofheid (Ra) van die gegraveerde area is bepaal as 'n funksie van die reaksietyd by 800°C. Die hardheid van die monsters na uitgloeiing vir 30, 60 en 90 minute was onderskeidelik 186±28 nm, 203±26 nm en 212±30 nm. Met 'n etsdiepte van 500, 800 of 100 nm is die verhouding (RD) van die grofheid van die gegraveerde area tot die etsdiepte onderskeidelik 0,372, 0,254 en 0,212.
Die grofheid van die geëtste area neem nie noemenswaardig toe met toenemende etsdiepte nie. Daar is gevind dat die temperatuur benodig vir die reaksie tussen diamant en HM etsmiddel meer as 700°C is.
Die resultate van die studie toon dat FeCoB diamante effektief kan verwyder teen 'n baie vinniger tempo as óf Fe óf Co alleen.
Plaas tyd: Aug-31-2023