Kreiranje polikristalnog dijamantskog uzorka pomoću FeCoB tvrdog nagrizanja

Nova studija u časopisu Diamond and Related Materials fokusira se na jetkanje polikristalnog dijamanta sa FeCoB jetkanjem kako bi se formirali uzorci. Kao rezultat ovih poboljšanih tehnoloških inovacija, dijamantske površine mogu se dobiti bez oštećenja i sa manje nedostataka.
Istraživanje: Prostorno selektivno jetkanje dijamanta u čvrstom stanju pomoću FeCoB sa fotolitografskim uzorkom. Kredit za sliku: Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
Kroz proces difuzije u čvrstom stanju, FeCoB nanokristalni filmovi (Fe:Co:B=60:20:20, atomski omjer) mogu postići ciljanje rešetke i eliminaciju dijamanata u mikrostrukturi.
Dijamanti imaju jedinstvene biohemijske i vizuelne kvalitete, kao i visoku elastičnost i snagu. Njegova ekstremna izdržljivost je važan izvor napretka u ultra preciznoj mašinskoj obradi (tehnologija tokarenja dijamanata) i put do ekstremnih pritisaka u rasponu od stotina GPa.
Hemijska nepropusnost, vizuelna trajnost i biološka aktivnost povećavaju mogućnosti dizajna sistema koji koriste ove funkcionalne kvalitete. Diamond je stekao ime u oblasti mehatronike, optike, senzora i upravljanja podacima.
Kako bi se omogućila njihova primjena, lijepljenje dijamanata i njihova šara stvaraju očigledne probleme. Reaktivno ionsko jetkanje (RIE), induktivno spregnuta plazma (ICP) i jetkanje indukovano elektronskim snopom su primjeri postojećih procesnih sistema koji koriste tehnike jetkanja (EBIE).
Dijamantske strukture se također stvaraju korištenjem laserskih i fokusiranih ionskih zraka (FIB) tehnika obrade. Cilj ove tehnike izrade je da se ubrza raslojavanje, kao i da se omogući skaliranje na velikim površinama u uzastopnim proizvodnim strukturama. Ovi procesi koriste tečne nagrizajuće materije (plazma, gasovi i tečni rastvori), što ograničava geometrijsku složenost koja se može postići.
Ovaj revolucionarni rad proučava ablaciju materijala hemijskim stvaranjem pare i stvara polikristalni dijamant sa FeCoB (Fe:Co:B, 60:20:20 atomskih procenata) na površini. Glavna pažnja posvećena je kreiranju TM modela za precizno nagrizanje struktura metarskog razmjera u dijamantima. Dijamant koji leži ispod je vezan za nanokristalni FeCoB toplotnom obradom na 700 do 900°C u trajanju od 30 do 90 minuta.
Netaknuti sloj uzorka dijamanta ukazuje na polikristalnu mikrostrukturu ispod. Hrapavost (Ra) unutar svake pojedine čestice bila je 3,84 ± 0,47 nm, a ukupna hrapavost površine 9,6 ± 1,2 nm. Hrapavost (unutar jednog dijamantskog zrna) implantiranog metalnog sloja FeCoB je 3,39 ± 0,26 nm, a visina sloja 100 ± 10 nm.
Nakon žarenja na 800°C u trajanju od 30 minuta, debljina metalne površine se povećala na 600 ± 100 nm, a hrapavost površine (Ra) na 224 ± 22 nm. Tokom žarenja, atomi ugljika difundiraju u sloj FeCoB, što rezultira povećanjem veličine.
Tri uzorka sa slojem FeCoB debljine 100 nm zagrijana su na temperaturama od 700, 800, odnosno 900°C. Kada je temperaturni raspon ispod 700°C, ne postoji značajna veza između dijamanta i FeCoB, a vrlo malo materijala se uklanja nakon hidrotermalne obrade. Uklanjanje materijala je poboljšano do temperatura iznad 800 °C.
Kada je temperatura dostigla 900°C, brzina nagrizanja se povećala dva puta u odnosu na temperaturu od 800°C. Međutim, profil urezane regije se veoma razlikuje od profila implantiranih sekvenci ugriza (FeCoB).
Šema koja prikazuje vizualizaciju nagrizanja u čvrstom stanju za kreiranje uzorka: Prostorno selektivno jetkanje dijamanta u čvrstom stanju korištenjem FeCoB s fotolitografskim uzorkom. Kredit za sliku: Van Z. i Shankar MR et al., Dijamanti i srodni materijali.
FeCoB uzorci debljine 100 nm na dijamantima obrađeni su na 800°C 30, 60 i 90 minuta, respektivno.
Hrapavost (Ra) graviranog područja određena je kao funkcija vremena odziva na 800°C. Tvrdoća uzoraka nakon žarenja u trajanju od 30, 60 i 90 minuta iznosila je 186±28 nm, 203±26 nm i 212±30 nm, respektivno. Sa dubinom nagrizanja od 500, 800 ili 100 nm, omjer (RD) hrapavosti graviranog područja prema dubini jetkanja je 0,372, 0,254 i 0,212, respektivno.
Hrapavost urezane površine se ne povećava značajno s povećanjem dubine jetkanja. Utvrđeno je da je temperatura potrebna za reakciju između dijamanta i HM jetkača veća od 700°C.
Rezultati studije pokazuju da FeCoB može efikasno ukloniti dijamante mnogo bržom brzinom nego samo Fe ili Co.