En ny undersøgelse i tidsskriftet Diamond and Related Materials fokuserer på ætsning af polykrystallinsk diamant med FeCoB-ætsemiddel for at danne mønstre. Som et resultat af disse forbedrede teknologiske innovationer kan diamantoverflader opnås uden skader og med færre fejl.
Forskning: Rumlig selektiv ætsning af diamant i fast tilstand ved hjælp af FeCoB med et fotolitografisk mønster. Billedkredit: Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
Gennem solid-state diffusionsprocessen kan FeCoB nanokrystallinske film (Fe:Co:B=60:20:20, atomforhold) opnå gittermålretning og eliminering af diamanter i mikrostrukturen.
Diamanter har unikke biokemiske og visuelle kvaliteter, samt høj elasticitet og styrke. Dens ekstreme holdbarhed er en vigtig kilde til fremskridt inden for ultrapræcisionsbearbejdning (diamantdrejeteknologi) og vejen til ekstreme tryk i intervallet hundredvis af GPa.
Kemisk uigennemtrængelighed, visuel holdbarhed og biologisk aktivitet øger designmulighederne for systemer, der anvender disse funktionelle kvaliteter. Diamond har skabt sig et navn inden for mekatronik, optik, sensorer og datastyring.
For at muliggøre deres anvendelse skaber limning af diamanter og deres mønster åbenlyse problemer. Reaktiv ionætsning (RIE), induktivt koblet plasma (ICP) og elektronstråleinduceret ætsning er eksempler på eksisterende processystemer, der bruger ætsningsteknikker (EBIE).
Diamantstrukturer skabes også ved hjælp af laser- og fokuserede ionstrålebehandlingsteknikker (FIB). Formålet med denne fremstillingsteknik er at fremskynde delaminering samt at tillade skalering over store områder i successive produktionsstrukturer. Disse processer bruger flydende ætsemidler (plasma, gasser og flydende opløsninger), hvilket begrænser den geometriske kompleksitet, der kan opnås.
Dette banebrydende arbejde studerer materialeablation ved generering af kemisk damp og skaber polykrystallinsk diamant med FeCoB (Fe:Co:B, 60:20:20 atomprocent) på overfladen. Den største opmærksomhed er rettet mod skabelsen af TM-modeller til præcis ætsning af meterskalastrukturer i diamanter. Den underliggende diamant er bundet til det nanokrystallinske FeCoB ved varmebehandling ved 700 til 900°C i 30 til 90 minutter.
Et intakt lag af en diamantprøve indikerer en underliggende polykrystallinsk mikrostruktur. Ruheden (Ra) i hver bestemt partikel var 3,84 ± 0,47 nm, og den totale overfladeruhed var 9,6 ± 1,2 nm. Ruheden (inden for et diamantkorn) af det implanterede FeCoB-metallag er 3,39 ± 0,26 nm, og laghøjden er 100 ± 10 nm.
Efter udglødning ved 800°C i 30 minutter steg metaloverfladetykkelsen til 600 ± 100 nm, og overfladeruheden (Ra) steg til 224 ± 22 nm. Under annealing diffunderer carbonatomer ind i FeCoB-laget, hvilket resulterer i en stigning i størrelse.
Tre prøver med FeCoB-lag på 100 nm tykke blev opvarmet ved temperaturer på henholdsvis 700, 800 og 900°C. Når temperaturområdet er under 700°C, er der ingen signifikant binding mellem diamant og FeCoB, og meget lidt materiale fjernes efter hydrotermisk behandling. Materialefjernelse forbedres op til temperaturer over 800 °C.
Når temperaturen nåede 900°C, steg ætsningshastigheden to gange sammenlignet med temperaturen på 800°C. Imidlertid er profilen af den ætsede region meget forskellig fra den for de implanterede ætsningssekvenser (FeCoB).
Skematisk, der viser visualisering af et faststofætsemiddel for at skabe et mønster: Rumligt selektiv faststofætsning af diamant ved brug af fotolitografisk mønstret FeCoB. Billedkredit: Van Z. og Shankar MR et al., Diamonds and Related Materials.
FeCoB-prøver 100 nm tykke på diamanter blev behandlet ved 800°C i henholdsvis 30, 60 og 90 minutter.
Ruheden (Ra) af det indgraverede område blev bestemt som en funktion af responstiden ved 800°C. Hårdheden af prøverne efter annealing i 30, 60 og 90 minutter var henholdsvis 186±28 nm, 203±26 nm og 212±30 nm. Med en ætsningsdybde på 500, 800 eller 100 nm er forholdet (RD) mellem ruheden af det indgraverede område og ætsningsdybden henholdsvis 0,372, 0,254 og 0,212.
Ruheden af det ætsede område øges ikke væsentligt med stigende ætsningsdybde. Det har vist sig, at den nødvendige temperatur til reaktionen mellem diamant og HM-ætsemiddel er over 700°C.
Resultaterne af undersøgelsen viser, at FeCoB effektivt kan fjerne diamanter i en meget hurtigere hastighed end enten Fe eller Co alene.
Indlægstid: 31. august 2023