Un nou estudi a la revista Diamond and Related Materials se centra en l'aiguafort del diamant policristalí amb gravador FeCoB per formar patrons. Com a resultat d'aquestes innovacions tecnològiques millorades, es poden obtenir superfícies de diamant sense danys i amb menys defectes.
Recerca: Gravat selectiu espacial de diamants en estat sòlid mitjançant FeCoB amb un patró fotolitogràfic. Crèdit d'imatge: Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
Mitjançant el procés de difusió en estat sòlid, les pel·lícules nanocristal·lines FeCoB (Fe:Co:B = 60:20:20, proporció atòmica) poden aconseguir l'orientació de la gelosia i l'eliminació de diamants a la microestructura.
Els diamants tenen qualitats bioquímiques i visuals úniques, així com una gran elasticitat i resistència. La seva durabilitat extrema és una font important de progrés en el mecanitzat d'ultra precisió (tecnologia de tornejat de diamant) i el camí cap a pressions extremes en el rang de centenars de GPa.
La impermeabilitat química, la durabilitat visual i l'activitat biològica augmenten les possibilitats de disseny dels sistemes que utilitzen aquestes qualitats funcionals. Diamond s'ha fet un nom en els camps de la mecatrònica, l'òptica, els sensors i la gestió de dades.
Per tal de permetre la seva aplicació, la unió de diamants i el seu patró creen problemes evidents. El gravat d'ions reactius (RIE), el plasma acoblat inductiu (ICP) i el gravat induït per feix d'electrons són exemples de sistemes de procés existents que utilitzen tècniques de gravat (EBIE).
També es creen estructures de diamant mitjançant tècniques de processament làser i de feix d'ions enfocats (FIB). L'objectiu d'aquesta tècnica de fabricació és accelerar la delaminació així com permetre l'escalat en grans àrees en successives estructures de producció. Aquests processos utilitzen gravadors líquids (plasma, gasos i solucions líquides), cosa que limita la complexitat geomètrica possible.
Aquest treball innovador estudia l'ablació de materials mitjançant la generació de vapor químic i crea diamants policristalí amb FeCoB (Fe:Co:B, 60:20:20 per cent atòmic) a la superfície. L'atenció principal es presta a la creació de models TM per al gravat precís d'estructures a escala metre en diamants. El diamant subjacent s'uneix al FeCoB nanocristal·lí mitjançant tractament tèrmic a 700 a 900 ° C durant 30 a 90 minuts.
Una capa intacta d'una mostra de diamant indica una microestructura policristalina subjacent. La rugositat (Ra) dins de cada partícula concreta era de 3,84 ± 0,47 nm i la rugositat de la superfície total era de 9,6 ± 1,2 nm. La rugositat (dins d'un gra de diamant) de la capa metàl·lica de FeCoB implantada és de 3,39 ± 0,26 nm i l'alçada de la capa és de 100 ± 10 nm.
Després del recuit a 800 ° C durant 30 min, el gruix de la superfície metàl·lica va augmentar a 600 ± 100 nm i la rugositat superficial (Ra) va augmentar a 224 ± 22 nm. Durant el recuit, els àtoms de carboni es difonen a la capa de FeCoB, donant lloc a un augment de mida.
Es van escalfar tres mostres amb capes de FeCoB de 100 nm de gruix a temperatures de 700, 800 i 900 ° C, respectivament. Quan l'interval de temperatura és inferior a 700 °C, no hi ha una unió significativa entre el diamant i el FeCoB i s'elimina molt poc material després del tractament hidrotermal. L'eliminació de material es millora fins a temperatures superiors als 800 °C.
Quan la temperatura va arribar als 900 °C, la velocitat de gravat va augmentar dues vegades en comparació amb la temperatura de 800 °C. Tanmateix, el perfil de la regió gravada és molt diferent del de les seqüències de gravat implantades (FeCoB).
Esquema que mostra la visualització d'un gravador d'estat sòlid per crear un patró: gravat d'estat sòlid selectiu espacialment de diamants mitjançant FeCoB modelat fotolitogràficament. Crèdit de la imatge: Van Z. i Shankar MR et al., Diamonds and Related Materials.
Les mostres de FeCoB de 100 nm de gruix en diamants es van processar a 800 ° C durant 30, 60 i 90 minuts, respectivament.
La rugositat (Ra) de la zona gravada es va determinar en funció del temps de resposta a 800 °C. La duresa de les mostres després del recuit durant 30, 60 i 90 minuts va ser de 186 ± 28 nm, 203 ± 26 nm i 212 ± 30 nm, respectivament. Amb una profunditat de gravat de 500, 800 o 100 nm, la relació (RD) de la rugositat de l'àrea gravada a la profunditat de gravat és de 0,372, 0,254 i 0,212, respectivament.
La rugositat de la zona gravada no augmenta significativament amb l'augment de la profunditat de gravat. S'ha trobat que la temperatura necessària per a la reacció entre el diamant i el gravador HM supera els 700 °C.
Els resultats de l'estudi mostren que FeCoB pot eliminar eficaçment els diamants a un ritme molt més ràpid que el Fe o el Co sols.
Hora de publicació: 31-agost-2023