دراسة جديدة في مجلة الماس والمواد ذات الصلة تركز على حفر الماس متعدد البلورات باستخدام FeCoB لتشكيل الأنماط. ونتيجة لهذه الابتكارات التكنولوجية المحسنة، أصبح من الممكن الحصول على أسطح الماس دون ضرر وبأقل العيوب.
البحث: النقش المكاني الانتقائي للماس في الحالة الصلبة باستخدام FeCoB مع نمط الطباعة الحجرية الضوئية. حقوق الصورة: بيورن ويليزيتش/Shutterstock.com
من خلال عملية نشر الحالة الصلبة، يمكن للأفلام البلورية النانوية FeCoB (Fe:Co:B=60:20:20، النسبة الذرية) تحقيق استهداف الشبكة والقضاء على الماس في البنية المجهرية.
يتمتع الماس بصفات كيميائية حيوية وبصرية فريدة، فضلاً عن مرونته وقوته العالية. تعد متانتها القصوى مصدرًا مهمًا للتقدم في الآلات فائقة الدقة (تقنية تحويل الماس) والطريق إلى الضغوط القصوى في نطاق مئات المعدل التراكمي.
تزيد النفاذية الكيميائية والمتانة البصرية والنشاط البيولوجي من إمكانيات تصميم الأنظمة التي تستخدم هذه الصفات الوظيفية. لقد صنعت شركة Diamond اسمًا لنفسها في مجالات الميكاترونكس والبصريات وأجهزة الاستشعار وإدارة البيانات.
من أجل تمكين تطبيقها، فإن ربط الماس ونمطه يخلق مشاكل واضحة. يعد النقش الأيوني التفاعلي (RIE)، والبلازما المقترنة حثيًا (ICP)، والحفر المستحث بشعاع الإلكترون أمثلة على أنظمة المعالجة الحالية التي تستخدم تقنيات النقش (EBIE).
يتم أيضًا إنشاء الهياكل الماسية باستخدام تقنيات معالجة الليزر والشعاع الأيوني المركز (FIB). الهدف من تقنية التصنيع هذه هو تسريع عملية التصفيح بالإضافة إلى السماح بالتوسيع على مساحات كبيرة في هياكل الإنتاج المتعاقبة. تستخدم هذه العمليات التنميش السائل (البلازما والغازات والمحاليل السائلة)، مما يحد من التعقيد الهندسي الذي يمكن تحقيقه.
يدرس هذا العمل الرائد استئصال المواد عن طريق توليد البخار الكيميائي وإنشاء ألماس متعدد البلورات مع FeCoB (Fe:Co:B، 60:20:20 بالمائة الذرية) على السطح. يتم إيلاء الاهتمام الرئيسي لإنشاء نماذج TM للحفر الدقيق للهياكل ذات الحجم المتري في الماس. يتم ربط الماس الأساسي بـ FeCoB البلوري النانوي عن طريق المعالجة الحرارية عند 700 إلى 900 درجة مئوية لمدة 30 إلى 90 دقيقة.
تشير الطبقة السليمة لعينة الماس إلى بنية مجهرية متعددة البلورات. كانت الخشونة (Ra) داخل كل جسيم معين 3.84 ± 0.47 نانومتر، وكان إجمالي خشونة السطح 9.6 ± 1.2 نانومتر. تبلغ الخشونة (داخل حبة ماسية واحدة) للطبقة المعدنية FeCoB المزروعة 3.39 ± 0.26 نانومتر، وارتفاع الطبقة 100 ± 10 نانومتر.
بعد التلدين عند 800 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة، زاد سمك سطح المعدن إلى 600 ± 100 نانومتر، وزادت خشونة السطح (Ra) إلى 224 ± 22 نانومتر. أثناء التلدين، تنتشر ذرات الكربون في طبقة FeCoB، مما يؤدي إلى زيادة الحجم.
تم تسخين ثلاث عينات بطبقات FeCoB بسمك 100 نانومتر عند درجات حرارة 700 و800 و900 درجة مئوية على التوالي. عندما يكون نطاق درجة الحرارة أقل من 700 درجة مئوية، لا يكون هناك ارتباط كبير بين الماس وFeCoB، وتتم إزالة القليل جدًا من المواد بعد المعالجة الحرارية المائية. يتم تعزيز إزالة المواد حتى درجات حرارة أعلى من 800 درجة مئوية.
وعندما وصلت درجة الحرارة إلى 900 درجة مئوية، زاد معدل النقش مرتين مقارنة بدرجة حرارة 800 درجة مئوية. ومع ذلك، فإن ملف تعريف المنطقة المحفورة يختلف كثيرًا عن ملف تسلسل الحفر المزروع (FeCoB).
رسم تخطيطي يوضح تصورًا لنقش الحالة الصلبة لإنشاء نمط: نقش الحالة الصلبة الانتقائي مكانيًا للماس باستخدام FeCoB المزخرف بالطباعة الحجرية الضوئية. مصدر الصورة: Van Z. and Shankar MR et al.، الماس والمواد ذات الصلة.
تمت معالجة عينات FeCoB بسمك 100 نانومتر على الماس عند 800 درجة مئوية لمدة 30 و60 و90 دقيقة على التوالي.
تم تحديد خشونة المنطقة المحفورة (Ra) كدالة لزمن الاستجابة عند 800 درجة مئوية. كانت صلابة العينات بعد التلدين لمدة 30 و 60 و 90 دقيقة 186 ± 28 نانومتر و 203 ± 26 نانومتر و 212 ± 30 نانومتر على التوالي. مع عمق حفر يبلغ 500، 800، أو 100 نانومتر، تكون نسبة (RD) لخشونة المنطقة المحفورة إلى عمق الحفر 0.372، 0.254، و0.212، على التوالي.
لا تزداد خشونة المنطقة المحفورة بشكل ملحوظ مع زيادة عمق الحفر. لقد وجد أن درجة الحرارة المطلوبة للتفاعل بين الماس وHM تزيد عن 700 درجة مئوية.
تظهر نتائج الدراسة أن FeCoB يمكنه إزالة الماس بشكل فعال بمعدل أسرع بكثير من Fe أو Co وحدهما.
وقت النشر: 31 أغسطس 2023