ایجاد یک الگوی الماس پلی کریستالی با استفاده از اچانت سخت FeCoB

یک مطالعه جدید در ژورنال Diamond and Related Materials بر روی حکاکی الماس پلی کریستالی با اچانت FeCoB برای تشکیل الگوها تمرکز دارد. در نتیجه این نوآوری های تکنولوژیکی بهبود یافته، سطوح الماس را می توان بدون آسیب و با نقص کمتر به دست آورد.
تحقیق: حکاکی انتخابی فضایی الماس در حالت جامد با استفاده از FeCoB با الگوی فوتولیتوگرافی. اعتبار تصویر: Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
از طریق فرآیند انتشار حالت جامد، فیلم‌های نانوکریستالی FeCoB (Fe:Co:B=60:20:20، نسبت اتمی) می‌توانند به هدف‌گیری شبکه و حذف الماس در ریزساختار دست یابند.
الماس ها دارای ویژگی های بیوشیمیایی و بصری منحصر به فرد و همچنین خاصیت ارتجاعی و استحکام بالایی هستند. دوام فوق العاده آن منبع مهمی برای پیشرفت در ماشینکاری فوق العاده دقیق (فناوری تراش الماس) و مسیر فشارهای شدید در محدوده صدها گیگا پاسکال است.
نفوذناپذیری شیمیایی، دوام بصری و فعالیت بیولوژیکی، امکان طراحی سیستم هایی را که از این ویژگی های عملکردی استفاده می کنند، افزایش می دهد. الماس در زمینه های مکاترونیک، اپتیک، حسگرها و مدیریت داده ها نامی برای خود دست و پا کرده است.
به منظور امکان استفاده از آنها، پیوند الماس و الگوی آنها مشکلات آشکاری ایجاد می کند. حکاکی یون واکنشی (RIE)، پلاسمای جفت شده القایی (ICP) و اچ القا شده با پرتو الکترونی نمونه‌هایی از سیستم‌های فرآیند موجود هستند که از تکنیک‌های اچینگ (EBIE) استفاده می‌کنند.
ساختارهای الماس نیز با استفاده از تکنیک‌های پردازش لیزر و پرتو یون متمرکز (FIB) ایجاد می‌شوند. هدف از این تکنیک ساخت، تسریع لایه برداری و همچنین اجازه دادن به پوسته پوسته شدن در مناطق بزرگ در ساختارهای تولید متوالی است. در این فرآیندها از اچ های مایع (پلاسما، گازها و محلول های مایع) استفاده می شود که پیچیدگی هندسی قابل دستیابی را محدود می کند.
این کار پیشگامانه، فرسایش مواد را با تولید بخار شیمیایی مطالعه می‌کند و الماس پلی کریستالی با FeCoB (Fe:Co:B، 60:20:20 درصد اتمی) روی سطح ایجاد می‌کند. توجه اصلی به ایجاد مدل های TM برای حکاکی دقیق سازه های مقیاس متر در الماس است. الماس زیرین با عملیات حرارتی در دمای 700 تا 900 درجه سانتی گراد به مدت 30 تا 90 دقیقه به نانوبلور FeCoB متصل می شود.
یک لایه سالم از یک نمونه الماس نشان دهنده ریزساختار پلی کریستالی زیرین است. زبری (Ra) در هر ذره خاص 0.47 ± 3.84 نانومتر و زبری سطح کل 1.2 ± 9.6 نانومتر بود. زبری (در یک دانه الماس) لایه فلزی FeCoB کاشته شده 0.26 ± 3.39 نانومتر و ارتفاع لایه 10 ± 100 نانومتر است.
پس از بازپخت در دمای 800 درجه سانتی گراد به مدت 30 دقیقه، ضخامت سطح فلز به 100 ± 600 نانومتر و زبری سطح (Ra) به 22 ± 224 نانومتر افزایش یافت. در طول بازپخت، اتم‌های کربن در لایه FeCoB منتشر می‌شوند و در نتیجه اندازه آن افزایش می‌یابد.
سه نمونه با لایه‌های FeCoB با ضخامت 100 نانومتر به ترتیب در دماهای 700، 800 و 900 درجه سانتی‌گراد گرم شدند. هنگامی که محدوده دمایی زیر 700 درجه سانتیگراد باشد، پیوند قابل توجهی بین الماس و FeCoB وجود ندارد و مواد بسیار کمی پس از عملیات هیدروترمال حذف می شوند. حذف مواد تا دمای بالای 800 درجه سانتیگراد افزایش می یابد.
هنگامی که دما به 900 درجه سانتیگراد رسید، سرعت اچ در مقایسه با دمای 800 درجه سانتیگراد دو برابر افزایش یافت. با این حال، مشخصات ناحیه اچ شده بسیار متفاوت از توالی های اچ کاشته شده (FeCoB) است.
شماتیکی که تجسم یک اچ کننده حالت جامد را برای ایجاد یک الگو نشان می دهد: حکاکی حالت جامد انتخابی فضایی الماس با استفاده از FeCoB با الگوی فوتولیتوگرافی. اعتبار تصویر: Van Z. و Shankar MR و همکاران، الماس و مواد مرتبط.
نمونه‌های FeCoB با ضخامت 100 نانومتر بر روی الماس در دمای 800 درجه سانتی‌گراد به ترتیب به مدت 30، 60 و 90 دقیقه پردازش شدند.
زبری (Ra) ناحیه حکاکی شده به عنوان تابعی از زمان پاسخ در 800 درجه سانتی گراد تعیین شد. سختی نمونه ها پس از بازپخت به مدت 30، 60 و 90 دقیقه به ترتیب 28±186 نانومتر، 26±203 و 30±212 نانومتر بود. با عمق اچ 500، 800 یا 100 نانومتر، نسبت (RD) زبری ناحیه حکاکی شده به عمق اچ به ترتیب 0.372، 0.254 و 0.212 است.
زبری ناحیه اچ شده با افزایش عمق اچ به میزان قابل توجهی افزایش نمی یابد. مشخص شده است که دمای مورد نیاز برای واکنش بین الماس و اچانت HM بیش از 700 درجه سانتیگراد است.
نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که FeCoB می‌تواند الماس‌ها را با سرعتی بسیار سریع‌تر از Fe یا Co به تنهایی حذف کند.