Un novo estudo da revista Diamond and Related Materials céntrase no gravado de diamante policristalino con gravador FeCoB para formar patróns. Como resultado destas innovacións tecnolóxicas melloradas, pódense obter superficies de diamante sen danos e con menos defectos.
Investigación: Gravado selectivo espacial de diamante en estado sólido mediante FeCoB cun patrón fotolitográfico. Crédito da imaxe: Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
A través do proceso de difusión en estado sólido, as películas nanocristalinas de FeCoB (Fe:Co:B=60:20:20, proporción atómica) poden lograr o obxectivo de reticular e a eliminación de diamantes na microestrutura.
Os diamantes teñen calidades bioquímicas e visuais únicas, así como unha alta elasticidade e resistencia. A súa extrema durabilidade é unha importante fonte de progreso no mecanizado de ultra precisión (tecnoloxía de torneado de diamante) e no camiño cara a presións extremas no rango de centos de GPa.
A impermeabilidade química, a durabilidade visual e a actividade biolóxica aumentan as posibilidades de deseño dos sistemas que utilizan estas calidades funcionais. Diamond fíxose un nome nos campos da mecatrónica, a óptica, os sensores e a xestión de datos.
Para permitir a súa aplicación, a unión de diamantes e o seu patrón crean problemas evidentes. O gravado iónico reactivo (RIE), o plasma acoplado inductivamente (ICP) e o gravado inducido por feixe de electróns son exemplos dos sistemas de proceso existentes que usan técnicas de gravado (EBIE).
Tamén se crean estruturas de diamante mediante técnicas de procesamento con láser e feixe iónico enfocado (FIB). O obxectivo desta técnica de fabricación é acelerar a delaminación así como permitir a escala en grandes áreas en sucesivas estruturas de produción. Estes procesos utilizan gravadores líquidos (plasma, gases e solucións líquidas), o que limita a complexidade xeométrica alcanzable.
Este traballo innovador estuda a ablación de material mediante a xeración de vapor químico e crea diamante policristalino con FeCoB (Fe:Co:B, 60:20:20 por cento atómico) na superficie. A atención principal é a creación de modelos TM para o gravado preciso de estruturas a escala métrica en diamantes. O diamante subxacente únese ao FeCoB nanocristalino mediante tratamento térmico a 700 a 900 °C durante 30 a 90 minutos.
Unha capa intacta dunha mostra de diamante indica unha microestrutura policristalina subxacente. A rugosidade (Ra) dentro de cada partícula particular foi de 3,84 ± 0,47 nm e a rugosidade total da superficie foi de 9,6 ± 1,2 nm. A rugosidade (dentro dun gran de diamante) da capa metálica de FeCoB implantada é de 3,39 ± 0,26 nm e a altura da capa é de 100 ± 10 nm.
Despois do recocido a 800 °C durante 30 min, o espesor da superficie do metal aumentou a 600 ± 100 nm e a rugosidade da superficie (Ra) aumentou a 224 ± 22 nm. Durante o recocido, os átomos de carbono difunden na capa de FeCoB, o que produce un aumento de tamaño.
Tres mostras con capas de FeCoB de 100 nm de espesor quentáronse a temperaturas de 700, 800 e 900 °C, respectivamente. Cando o intervalo de temperatura está por debaixo dos 700 °C, non hai unión significativa entre o diamante e o FeCoB e elimínase moi pouco material despois do tratamento hidrotermal. Mellora a eliminación de material ata temperaturas superiores a 800 °C.
Cando a temperatura alcanzou os 900 °C, a taxa de gravado aumentou dúas veces en comparación coa temperatura de 800 °C. Non obstante, o perfil da rexión gravada é moi diferente ao das secuencias de gravado implantadas (FeCoB).
Esquema que mostra a visualización dun gravador de estado sólido para crear un patrón: Gravado espacialmente selectivo de diamante en estado sólido mediante FeCoB modelado fotolitograficamente. Crédito da imaxe: Van Z. e Shankar MR et al., Diamonds and Related Materials.
As mostras de FeCoB de 100 nm de espesor sobre diamantes foron procesadas a 800 °C durante 30, 60 e 90 minutos, respectivamente.
A rugosidade (Ra) da zona gravada determinouse en función do tempo de resposta a 800 °C. A dureza das mostras despois do recocido durante 30, 60 e 90 minutos foi de 186±28 nm, 203±26 nm e 212±30 nm, respectivamente. Cunha profundidade de gravado de 500, 800 ou 100 nm, a relación (RD) entre a rugosidade da área gravada e a profundidade do gravado é de 0,372, 0,254 e 0,212, respectivamente.
A rugosidade da área gravada non aumenta significativamente co aumento da profundidade de gravado. Descubriuse que a temperatura necesaria para a reacción entre o diamante e o gravador HM supera os 700 °C.
Os resultados do estudo mostran que o FeCoB pode eliminar eficazmente os diamantes a un ritmo moito máis rápido que o Fe ou o Co só.
Hora de publicación: 31-Ago-2023