Un nuevo estudio publicado en la revista Diamond and Related Materials se centra en el grabado de diamantes policristalinos con grabador FeCoB para formar patrones. Como resultado de estas innovaciones tecnológicas mejoradas, se pueden obtener superficies de diamante sin daños y con menos defectos.
Investigación: Grabado espacial selectivo de diamante en estado sólido utilizando FeCoB con patrón fotolitográfico. Crédito de la imagen: Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
A través del proceso de difusión en estado sólido, las películas nanocristalinas de FeCoB (Fe:Co:B=60:20:20, proporción atómica) pueden lograr la focalización en la red y la eliminación de diamantes en la microestructura.
Los diamantes tienen cualidades bioquímicas y visuales únicas, así como una gran elasticidad y resistencia. Su extrema durabilidad es una fuente importante de progreso en el mecanizado de ultraprecisión (tecnología de torneado con diamante) y el camino hacia presiones extremas en el rango de cientos de GPa.
La impermeabilidad química, la durabilidad visual y la actividad biológica aumentan las posibilidades de diseño de sistemas que utilizan estas cualidades funcionales. Diamond se ha hecho un nombre en los campos de la mecatrónica, la óptica, los sensores y la gestión de datos.
Para permitir su aplicación, la unión de diamantes y su patrón crean problemas obvios. El grabado con iones reactivos (RIE), el plasma acoplado inductivamente (ICP) y el grabado inducido por haz de electrones son ejemplos de sistemas de proceso existentes que utilizan técnicas de grabado (EBIE).
Las estructuras de diamante también se crean utilizando técnicas de procesamiento con láser y haz de iones enfocados (FIB). El objetivo de esta técnica de fabricación es acelerar la delaminación y permitir el escalado en grandes áreas en sucesivas estructuras de producción. Estos procesos utilizan grabadores líquidos (plasma, gases y soluciones líquidas), lo que limita la complejidad geométrica alcanzable.
Este trabajo innovador estudia la ablación de materiales mediante la generación de vapor químico y crea diamantes policristalinos con FeCoB (Fe:Co:B, 60:20:20 por ciento atómico) en la superficie. Se presta especial atención a la creación de modelos TM para el grabado preciso de estructuras de escala métrica en diamantes. El diamante subyacente se une al FeCoB nanocristalino mediante un tratamiento térmico de 700 a 900 °C durante 30 a 90 minutos.
Una capa intacta de una muestra de diamante indica una microestructura policristalina subyacente. La rugosidad (Ra) dentro de cada partícula particular fue de 3,84 ± 0,47 nm y la rugosidad de la superficie total fue de 9,6 ± 1,2 nm. La rugosidad (dentro de un grano de diamante) de la capa metálica de FeCoB implantada es de 3,39 ± 0,26 nm y la altura de la capa es de 100 ± 10 nm.
Después del recocido a 800°C durante 30 minutos, el espesor de la superficie del metal aumentó a 600 ± 100 nm y la rugosidad de la superficie (Ra) aumentó a 224 ± 22 nm. Durante el recocido, los átomos de carbono se difunden hacia la capa de FeCoB, lo que provoca un aumento de tamaño.
Se calentaron tres muestras con capas de FeCoB de 100 nm de espesor a temperaturas de 700, 800 y 900 °C, respectivamente. Cuando el rango de temperatura es inferior a 700 °C, no existe una unión significativa entre el diamante y el FeCoB, y se elimina muy poco material después del tratamiento hidrotermal. La eliminación de material se mejora hasta temperaturas superiores a 800 °C.
Cuando la temperatura alcanzó los 900°C, la tasa de grabado aumentó dos veces en comparación con la temperatura de 800°C. Sin embargo, el perfil de la región grabada es muy diferente al de las secuencias de grabado implantadas (FeCoB).
Esquema que muestra la visualización de un grabador en estado sólido para crear un patrón: Grabado en estado sólido espacialmente selectivo de un diamante utilizando FeCoB con patrón fotolitográfico. Crédito de la imagen: Van Z. y Shankar MR et al., Diamonds and Related Materials.
Se procesaron muestras de FeCoB de 100 nm de espesor sobre diamantes a 800 °C durante 30, 60 y 90 minutos, respectivamente.
La rugosidad (Ra) de la zona grabada se determinó en función del tiempo de respuesta a 800°C. La dureza de las muestras después del recocido durante 30, 60 y 90 minutos fue de 186 ± 28 nm, 203 ± 26 nm y 212 ± 30 nm, respectivamente. Con una profundidad de grabado de 500, 800 o 100 nm, la relación (RD) entre la rugosidad del área grabada y la profundidad de grabado es 0,372, 0,254 y 0,212, respectivamente.
La rugosidad del área grabada no aumenta significativamente al aumentar la profundidad del grabado. Se ha descubierto que la temperatura requerida para la reacción entre el diamante y el agente decapante HM supera los 700°C.
Los resultados del estudio muestran que el FeCoB puede eliminar eficazmente los diamantes a un ritmo mucho más rápido que el Fe o el Co solos.
Hora de publicación: 31 de agosto de 2023