Nova studija u časopisu Diamond and Related Materials usredotočuje se na jetkanje polikristalnog dijamanta FeCoB sredstvom za jetkanje kako bi se oblikovali uzorci. Kao rezultat ovih poboljšanih tehnoloških inovacija, dijamantne površine mogu se dobiti bez oštećenja i s manje grešaka.
Istraživanje: Prostorno selektivno jetkanje dijamanta u čvrstom stanju pomoću FeCoB s fotolitografskim uzorkom. Kredit za sliku: Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
Kroz proces difuzije u čvrstom stanju, nanokristalni filmovi FeCoB (Fe:Co:B=60:20:20, atomski omjer) mogu postići ciljanje rešetke i eliminaciju dijamanata u mikrostrukturi.
Dijamanti imaju jedinstvene biokemijske i vizualne kvalitete, kao i visoku elastičnost i čvrstoću. Njegova ekstremna izdržljivost važan je izvor napretka u ultra preciznoj obradi (tehnologija dijamantnog tokarenja) i put do ekstremnih pritisaka u rasponu od stotina GPa.
Kemijska nepropusnost, vizualna postojanost i biološka aktivnost povećavaju mogućnosti dizajna sustava koji koriste ove funkcionalne kvalitete. Diamond se proslavio na području mehatronike, optike, senzora i upravljanja podacima.
Kako bi se omogućila njihova primjena, lijepljenje dijamanata i njihov uzorak stvara očite probleme. Reaktivno ionsko jetkanje (RIE), induktivno spregnuta plazma (ICP) i jetkanje inducirano snopom elektrona primjeri su postojećih procesnih sustava koji koriste tehnike jetkanja (EBIE).
Dijamantne strukture također se stvaraju korištenjem tehnika obrade laserom i fokusiranom ionskom zrakom (FIB). Cilj ove tehnike izrade je ubrzati delaminaciju kao i omogućiti skaliranje na velikim površinama u uzastopnim proizvodnim strukturama. Ovi procesi koriste tekuće jetkače (plazma, plinovi i tekuće otopine), što ograničava geometrijsku složenost koju je moguće postići.
Ovaj revolucionarni rad proučava ablaciju materijala stvaranjem kemijske pare i stvara polikristalni dijamant s FeCoB (Fe:Co:B, 60:20:20 atomski postotak) na površini. Glavna pozornost posvećena je izradi TM modela za precizno jetkanje metarskih struktura u dijamantima. Donji dijamant je vezan za nanokristalni FeCoB toplinskom obradom na 700 do 900°C tijekom 30 do 90 minuta.
Intaktni sloj uzorka dijamanta ukazuje na polikristalnu mikrostrukturu ispod. Hrapavost (Ra) unutar svake pojedine čestice bila je 3,84 ± 0,47 nm, a ukupna hrapavost površine bila je 9,6 ± 1,2 nm. Hrapavost (unutar jednog dijamantnog zrna) implantiranog metalnog sloja FeCoB je 3,39 ± 0,26 nm, a visina sloja je 100 ± 10 nm.
Nakon žarenja na 800°C tijekom 30 minuta, debljina površine metala povećala se na 600 ± 100 nm, a površinska hrapavost (Ra) porasla je na 224 ± 22 nm. Tijekom žarenja atomi ugljika difundiraju u sloj FeCoB, što rezultira povećanjem veličine.
Tri uzorka sa slojevima FeCoB debljine 100 nm zagrijavana su na temperaturama od 700, 800 i 900°C. Kada je temperaturni raspon ispod 700°C, nema značajnog vezivanja između dijamanta i FeCoB, a nakon hidrotermalne obrade uklanja se vrlo malo materijala. Uklanjanje materijala je poboljšano do temperatura iznad 800 °C.
Kada je temperatura dosegla 900°C, brzina jetkanja se dvostruko povećala u usporedbi s temperaturom od 800°C. Međutim, profil ugravirane regije uvelike se razlikuje od profila implantiranih sekvenci ugriza (FeCoB).
Shematski prikaz vizualizacije uređaja za jetkanje u čvrstom stanju za stvaranje uzorka: Prostorno selektivno jetkanje u čvrstom stanju dijamanta korištenjem FeCoB s fotolitografskim uzorkom. Autor slike: Van Z. i Shankar MR et al., Diamonds and Related Materials.
FeCoB uzorci debljine 100 nm na dijamantima obrađeni su na 800°C 30, 60 odnosno 90 minuta.
Hrapavost (Ra) graviranog područja određena je kao funkcija vremena odziva na 800°C. Tvrdoća uzoraka nakon žarenja od 30, 60 i 90 minuta iznosila je 186±28 nm, 203±26 nm odnosno 212±30 nm. S dubinom jetkanja od 500, 800 ili 100 nm, omjer (RD) hrapavosti ugraviranog područja prema dubini jetkanja je 0,372, 0,254, odnosno 0,212.
Hrapavost jetkanog područja ne povećava se značajno s povećanjem dubine jetkanja. Utvrđeno je da je temperatura potrebna za reakciju između dijamanta i HM sredstva za jetkanje viša od 700°C.
Rezultati studije pokazuju da FeCoB može učinkovito ukloniti dijamante puno većom brzinom nego sami Fe ili Co.
Vrijeme objave: 31. kolovoza 2023