Μια νέα μελέτη στο περιοδικό Diamond and Related Materials επικεντρώνεται στη χάραξη πολυκρυσταλλικού διαμαντιού με χάραξη FeCoB για να σχηματιστούν σχέδια. Ως αποτέλεσμα αυτών των βελτιωμένων τεχνολογικών καινοτομιών, οι διαμαντένιες επιφάνειες μπορούν να αποκτηθούν χωρίς φθορές και με λιγότερα ελαττώματα.
Έρευνα: Χωρική επιλεκτική χάραξη διαμαντιού σε στερεή κατάσταση με χρήση FeCoB με φωτολιθογραφικό σχέδιο. Πίστωση εικόνας: Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
Μέσω της διαδικασίας διάχυσης στερεάς κατάστασης, τα νανοκρυσταλλικά φιλμ FeCoB (Fe:Co:B=60:20:20, ατομική αναλογία) μπορούν να επιτύχουν στόχευση πλέγματος και εξάλειψη των διαμαντιών στη μικροδομή.
Τα διαμάντια έχουν μοναδικές βιοχημικές και οπτικές ιδιότητες, καθώς και υψηλή ελαστικότητα και αντοχή. Η εξαιρετική του αντοχή είναι μια σημαντική πηγή προόδου στην κατεργασία υπερακρίβειας (τεχνολογία τόρνευσης διαμαντιών) και η πορεία προς ακραίες πιέσεις στην περιοχή εκατοντάδων GPa.
Η χημική στεγανότητα, η οπτική αντοχή και η βιολογική δραστηριότητα αυξάνουν τις δυνατότητες σχεδιασμού των συστημάτων που χρησιμοποιούν αυτές τις λειτουργικές ιδιότητες. Η Diamond έχει κάνει όνομα στους τομείς της μηχατρονικής, της οπτικής, των αισθητήρων και της διαχείρισης δεδομένων.
Προκειμένου να καταστεί δυνατή η εφαρμογή τους, η συγκόλληση των διαμαντιών και το σχέδιο τους δημιουργούν εμφανή προβλήματα. Η χάραξη αντιδραστικών ιόντων (RIE), το επαγωγικά συζευγμένο πλάσμα (ICP) και η επαγόμενη από δέσμη ηλεκτρονίων χάραξη είναι παραδείγματα υπαρχόντων συστημάτων διεργασίας που χρησιμοποιούν τεχνικές χάραξης (EBIE).
Οι δομές διαμαντιών δημιουργούνται επίσης χρησιμοποιώντας τεχνικές επεξεργασίας λέιζερ και εστιασμένης δέσμης ιόντων (FIB). Ο στόχος αυτής της τεχνικής κατασκευής είναι να επιταχύνει την αποκόλληση καθώς και να επιτρέψει την κλιμάκωση σε μεγάλες περιοχές σε διαδοχικές δομές παραγωγής. Αυτές οι διαδικασίες χρησιμοποιούν υγρούς χαρακτήρες (πλάσμα, αέρια και υγρά διαλύματα), γεγονός που περιορίζει τη γεωμετρική πολυπλοκότητα που μπορεί να επιτευχθεί.
Αυτό το πρωτοποριακό έργο μελετά την αφαίρεση υλικού με παραγωγή χημικών ατμών και δημιουργεί πολυκρυσταλλικό διαμάντι με FeCoB (Fe:Co:B, 60:20:20 ατομικό τοις εκατό) στην επιφάνεια. Η κύρια προσοχή δίνεται στη δημιουργία μοντέλων ΤΜ για ακριβή χάραξη δομών κλίμακας μετρητή σε διαμάντια. Το υποκείμενο διαμάντι συνδέεται με το νανοκρυσταλλικό FeCoB με θερμική επεξεργασία στους 700 έως 900°C για 30 έως 90 λεπτά.
Ένα άθικτο στρώμα δείγματος διαμαντιού υποδηλώνει μια υποκείμενη πολυκρυσταλλική μικροδομή. Η τραχύτητα (Ra) μέσα σε κάθε συγκεκριμένο σωματίδιο ήταν 3,84 ± 0,47 nm και η συνολική τραχύτητα επιφάνειας ήταν 9,6 ± 1,2 nm. Η τραχύτητα (εντός ενός κόκκου διαμαντιού) του εμφυτευμένου μεταλλικού στρώματος FeCoB είναι 3,39 ± 0,26 nm και το ύψος του στρώματος είναι 100 ± 10 nm.
Μετά από ανόπτηση στους 800°C για 30 λεπτά, το πάχος της μεταλλικής επιφάνειας αυξήθηκε στα 600 ± 100 nm και η τραχύτητα επιφάνειας (Ra) αυξήθηκε στα 224 ± 22 nm. Κατά τη διάρκεια της ανόπτησης, τα άτομα άνθρακα διαχέονται στο στρώμα FeCoB, με αποτέλεσμα την αύξηση του μεγέθους.
Τρία δείγματα με στρώματα FeCoB πάχους 100 nm θερμάνθηκαν σε θερμοκρασίες 700, 800 και 900°C, αντίστοιχα. Όταν το εύρος θερμοκρασίας είναι κάτω από 700°C, δεν υπάρχει σημαντική σύνδεση μεταξύ του διαμαντιού και του FeCoB και πολύ λίγο υλικό αφαιρείται μετά από υδροθερμική επεξεργασία. Η αφαίρεση υλικού ενισχύεται σε θερμοκρασίες άνω των 800 °C.
Όταν η θερμοκρασία έφτασε τους 900°C, ο ρυθμός χάραξης αυξήθηκε δύο φορές σε σύγκριση με τη θερμοκρασία των 800°C. Ωστόσο, το προφίλ της χαραγμένης περιοχής είναι πολύ διαφορετικό από αυτό των εμφυτευμένων αλληλουχιών χάραξης (FeCoB).
Σχηματική απεικόνιση ενός χαρακτικού στερεάς κατάστασης για τη δημιουργία ενός σχεδίου: Χωρικά επιλεκτική χάραξη στερεάς κατάστασης διαμαντιού χρησιμοποιώντας φωτολιθογραφικά σχέδια FeCoB. Πίστωση εικόνας: Van Z. and Shankar MR et al., Diamonds and Related Materials.
Δείγματα FeCoB πάχους 100 nm σε διαμάντια υποβλήθηκαν σε επεξεργασία στους 800°C για 30, 60 και 90 λεπτά, αντίστοιχα.
Η τραχύτητα (Ra) της χαραγμένης περιοχής προσδιορίστηκε ως συνάρτηση του χρόνου απόκρισης στους 800°C. Η σκληρότητα των δειγμάτων μετά από ανόπτηση για 30, 60 και 90 λεπτά ήταν 186±28 nm, 203±26 nm και 212±30 nm, αντίστοιχα. Με βάθος χάραξης 500, 800 ή 100 nm, ο λόγος (RD) της τραχύτητας της χαραγμένης περιοχής προς το βάθος χάραξης είναι 0,372, 0,254 και 0,212, αντίστοιχα.
Η τραχύτητα της χαραγμένης περιοχής δεν αυξάνεται σημαντικά με την αύξηση του βάθους χάραξης. Έχει βρεθεί ότι η θερμοκρασία που απαιτείται για την αντίδραση μεταξύ του διαμαντιού και του HM χάραξης είναι πάνω από 700°C.
Τα αποτελέσματα της μελέτης δείχνουν ότι το FeCoB μπορεί να αφαιρέσει αποτελεσματικά τα διαμάντια με πολύ ταχύτερο ρυθμό από ό,τι είτε μόνο του Fe είτε του Co.
Ώρα ανάρτησης: 31-8-2023