Nová studie v časopise Diamond and Related Materials se zaměřuje na leptání polykrystalického diamantu leptadlem FeCoB za účelem vytvoření obrazců. V důsledku těchto zdokonalených technologických inovací lze diamantové povrchy získat bez poškození a s menším počtem defektů.
Výzkum: Prostorové selektivní leptání diamantu v pevném stavu pomocí FeCoB s fotolitografickým vzorem. Obrazový kredit: Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
Prostřednictvím procesu difúze v pevné fázi mohou nanokrystalické filmy FeCoB (Fe:Co:B=60:20:20, atomový poměr) dosáhnout zacílení mřížky a odstranění diamantů v mikrostruktuře.
Diamanty mají jedinečné biochemické a vizuální vlastnosti, stejně jako vysokou elasticitu a pevnost. Jeho extrémní odolnost je důležitým zdrojem pokroku v ultra přesném obrábění (technologie soustružení diamantem) a cestou k extrémním tlakům v řádu stovek GPa.
Chemická nepropustnost, vizuální odolnost a biologická aktivita zvyšují možnosti návrhu systémů, které tyto funkční vlastnosti využívají. Diamond si udělal jméno v oblasti mechatroniky, optiky, senzorů a správy dat.
Aby bylo možné jejich aplikaci, spojování diamantů a jejich vzor vytváří zjevné problémy. Reaktivní iontové leptání (RIE), indukčně vázané plazma (ICP) a leptání indukované elektronovým paprskem jsou příklady existujících procesních systémů, které využívají techniky leptání (EBIE).
Diamantové struktury jsou také vytvářeny pomocí technik zpracování laserem a fokusovaným iontovým paprskem (FIB). Cílem této výrobní techniky je urychlit delaminaci a také umožnit škálování na velkých plochách v po sobě jdoucích výrobních strukturách. Tyto procesy využívají kapalná leptadla (plazma, plyny a kapalné roztoky), což omezuje dosažitelnou geometrickou složitost.
Tato průlomová práce studuje ablaci materiálu chemickou tvorbou par a vytváří polykrystalický diamant s FeCoB (Fe:Co:B, 60:20:20 atomárních procent) na povrchu. Hlavní pozornost je věnována tvorbě TM modelů pro přesné leptání metrových struktur v diamantech. Podkladový diamant je spojen s nanokrystalickým FeCoB tepelným zpracováním při 700 až 900 °C po dobu 30 až 90 minut.
Neporušená vrstva diamantového vzorku indikuje základní polykrystalickou mikrostrukturu. Drsnost (Ra) v každé konkrétní částici byla 3,84 ± 0,47 nm a celková drsnost povrchu byla 9,6 ± 1,2 nm. Drsnost (v rámci jednoho diamantového zrna) implantované kovové vrstvy FeCoB je 3,39 ± 0,26 nm a výška vrstvy je 100 ± 10 nm.
Po žíhání při 800 °C po dobu 30 minut se tloušťka kovového povrchu zvýšila na 600 ± 100 nm a drsnost povrchu (Ra) se zvýšila na 224 ± 22 nm. Během žíhání atomy uhlíku difundují do vrstvy FeCoB, což má za následek zvětšení velikosti.
Tři vzorky s vrstvami FeCoB o tloušťce 100 nm byly zahřívány na teploty 700, 800 a 900 °C. Když je teplotní rozsah pod 700 °C, nedochází k žádné významné vazbě mezi diamantem a FeCoB a po hydrotermální úpravě se odstraní velmi málo materiálu. Úběr materiálu se zvyšuje až do teplot nad 800 °C.
Když teplota dosáhla 900 °C, rychlost leptání se zvýšila dvakrát ve srovnání s teplotou 800 °C. Profil leptané oblasti je však velmi odlišný od profilu implantovaných leptaných sekvencí (FeCoB).
Schéma znázorňující vizualizaci leptadla v pevné fázi pro vytvoření vzoru: Prostorově selektivní leptání diamantu v pevné fázi pomocí fotolitograficky vzorovaného FeCoB. Obrazový kredit: Van Z. a Shankar MR et al., Diamonds and Related Materials.
Vzorky FeCoB o tloušťce 100 nm na diamantech byly zpracovávány při 800 °C po dobu 30, 60 a 90 minut, v daném pořadí.
Drsnost (Ra) ryté plochy byla stanovena jako funkce doby odezvy při 800 °C. Tvrdost vzorků po žíhání po dobu 30, 60 a 90 minut byla 186±28 nm, 203±26 nm a 212±30 nm, v tomto pořadí. Při hloubce leptání 500, 800 nebo 100 nm je poměr (RD) drsnosti ryté oblasti k hloubce leptání 0,372, 0,254 a 0,212, v tomto pořadí.
Drsnost leptané oblasti se s rostoucí hloubkou leptání výrazně nezvyšuje. Bylo zjištěno, že teplota požadovaná pro reakci mezi diamantem a HM leptadlem je vyšší než 700 °C.
Výsledky studie ukazují, že FeCoB může účinně odstraňovat diamanty mnohem rychleji než samotné Fe nebo Co.
Čas odeslání: 31. srpna 2023