Създаване на поликристален диамантен модел с помощта на FeCoB твърд ецващ инструмент

Ново проучване в списание Diamond and Related Materials се фокусира върху ецването на поликристален диамант с FeCoB офорт за формиране на модели. В резултат на тези подобрени технологични иновации могат да се получат диамантени повърхности без повреди и с по-малко дефекти.
Изследване: Пространствено селективно ецване на диамант в твърдо състояние с помощта на FeCoB с фотолитографски модел. Кредит на изображението: Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
Чрез процеса на дифузия в твърдо състояние, нанокристалните филми FeCoB (Fe:Co:B=60:20:20, атомно съотношение) могат да постигнат решетъчно насочване и елиминиране на диамантите в микроструктурата.
Диамантите имат уникални биохимични и визуални качества, както и висока еластичност и здравина. Неговата изключителна издръжливост е важен източник на напредък в ултра прецизната обработка (технология за струговане на диаманти) и пътят към екстремни налягания в диапазона от стотици GPa.
Химическата непроницаемост, визуалната издръжливост и биологичната активност увеличават възможностите за проектиране на системи, които използват тези функционални качества. Diamond си създаде име в областта на мехатрониката, оптиката, сензорите и управлението на данни.
За да се даде възможност за тяхното приложение, свързването на диаманти и техният модел създават очевидни проблеми. Реактивно йонно ецване (RIE), индуктивно свързана плазма (ICP) и индуцирано от електронен лъч ецване са примери за съществуващи процесни системи, които използват техники за ецване (EBIE).
Диамантените структури също се създават с помощта на техники за обработка с лазер и фокусиран йонен лъч (FIB). Целта на тази производствена техника е да ускори разслояването, както и да позволи мащабиране върху големи площи в последователни производствени структури. Тези процеси използват течни ецващи вещества (плазма, газове и течни разтвори), което ограничава достижимата геометрична сложност.
Тази новаторска работа изучава аблацията на материала чрез генериране на химически пари и създава поликристален диамант с FeCoB (Fe:Co:B, 60:20:20 атомни процента) на повърхността. Основно внимание е отделено на създаването на ТМ модели за прецизно ецване на метрови структури в диаманти. Подлежащият диамант се свързва с нанокристалния FeCoB чрез топлинна обработка при 700 до 900°C за 30 до 90 минути.
Непокътнат слой от диамантена проба показва подлежаща поликристална микроструктура. Грапавостта (Ra) във всяка отделна частица е 3,84 ± 0,47 nm, а общата грапавост на повърхността е 9,6 ± 1,2 nm. Грапавостта (в рамките на едно диамантено зърно) на имплантирания метален слой FeCoB е 3,39 ± 0,26 nm, а височината на слоя е 100 ± 10 nm.
След отгряване при 800 ° C в продължение на 30 минути, дебелината на металната повърхност се увеличава до 600 ± 100 nm, а грапавостта на повърхността (Ra) се увеличава до 224 ± 22 nm. По време на отгряване въглеродните атоми дифундират в слоя FeCoB, което води до увеличаване на размера.
Три проби със слоеве FeCoB с дебелина 100 nm се нагряват при температури съответно 700, 800 и 900 ° C. Когато температурният диапазон е под 700°C, няма значително свързване между диаманта и FeCoB и много малко материал се отстранява след хидротермално третиране. Отстраняването на материала се подобрява до температури над 800 °C.
Когато температурата достигне 900°C, скоростта на ецване се увеличава два пъти в сравнение с температурата от 800°C. Въпреки това, профилът на ецвания регион е много различен от този на имплантираните ецващи последователности (FeCoB).
Схема, показваща визуализация на ецващ уред за твърдо състояние за създаване на модел: Пространствено селективно ецване в твърдо състояние на диамант с помощта на фотолитографски шарен FeCoB. Кредит на изображението: Van Z. and Shankar MR et al., Diamonds and Related Materials.
FeCoB проби с дебелина 100 nm върху диаманти бяха обработени при 800 ° C съответно за 30, 60 и 90 минути.
Грапавостта (Ra) на гравираната област се определя като функция на времето за реакция при 800°C. Твърдостта на пробите след отгряване за 30, 60 и 90 минути е съответно 186±28 nm, 203±26 nm и 212±30 nm. При дълбочина на ецване от 500, 800 или 100 nm съотношението (RD) на грапавостта на гравираната област към дълбочината на ецване е съответно 0,372, 0,254 и 0,212.
Грапавостта на ецвания участък не се увеличава значително с увеличаване на дълбочината на ецване. Установено е, че температурата, необходима за реакцията между диамант и HM ецващ агент, е над 700°C.
Резултатите от проучването показват, че FeCoB може ефективно да отстранява диаманти с много по-бърза скорост, отколкото само Fe или Co.