A Diamond and Related Materials folyóiratban megjelent új tanulmány a polikristályos gyémánt FeCoB maratószerrel való mintázatképzésére összpontosít. A továbbfejlesztett technológiai újítások eredményeként a gyémánt felületek sérülésmentesen és kevesebb hibával készíthetők.
Kutatás: Gyémánt térbeli szelektív maratása szilárd állapotban FeCoB felhasználásával fotolitográfiai mintázattal. A kép forrása: Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
A szilárdtest diffúziós eljárás révén a FeCoB nanokristályos filmek (Fe:Co:B=60:20:20, atomarány) rácscélzást és a gyémántok eltávolítását érhetik el a mikrostruktúrában.
A gyémántok egyedülálló biokémiai és vizuális tulajdonságokkal, valamint nagy rugalmassággal és szilárdsággal rendelkeznek. Rendkívüli tartóssága az ultraprecíziós megmunkálás (gyémánt eszterga technológia) fejlődésének fontos forrása, és a több száz GPa tartományban extrém nyomásokhoz vezető út.
A kémiai átjárhatatlanság, a vizuális tartósság és a biológiai aktivitás növeli azon rendszerek tervezési lehetőségeit, amelyek ezeket a funkcionális tulajdonságokat használják. A Diamond hírnevet szerzett magának a mechatronika, az optika, az érzékelők és az adatkezelés területén.
Alkalmazásuk lehetővé tétele érdekében a gyémántok ragasztása és mintázata nyilvánvaló problémákat okoz. A reaktív ion-maratás (RIE), az induktív csatolású plazma (ICP) és az elektronsugárral indukált maratás példák a maratási technikákat (EBIE) használó, meglévő folyamatrendszerekre.
A gyémántszerkezeteket lézeres és fókuszált ionsugaras (FIB) feldolgozási technikákkal is készítik. Ennek a gyártási technikának az a célja, hogy felgyorsítsa a delaminációt, valamint lehetővé tegye a nagy területeken történő méretezést az egymást követő gyártási struktúrákban. Ezek az eljárások folyékony maratószereket (plazmát, gázokat és folyékony oldatokat) használnak, ami korlátozza az elérhető geometriai összetettséget.
Ez az úttörő munka az anyag ablációját vizsgálja kémiai gőzképzéssel, és polikristályos gyémántot hoz létre FeCoB-val (Fe:Co:B, 60:20:20 atomszázalék) a felszínen. A fő figyelmet a TM modellek megalkotására fordítják a méteres méretarányú szerkezetek gyémántba való precíz maratására. Az alatta lévő gyémánt a nanokristályos FeCoB-hoz kötődik 700-900°C-on 30-90 perces hőkezeléssel.
A gyémántminta ép rétege az alatta lévő polikristályos mikrostruktúrát jelzi. Az egyes részecskéken belüli érdesség (Ra) 3,84 ± 0,47 nm, a teljes felületi érdesség pedig 9,6 ± 1,2 nm volt. A beültetett FeCoB fémréteg érdessége (egy gyémántszemcsén belül) 3,39 ± 0,26 nm, a réteg magassága 100 ± 10 nm.
800 °C-on 30 percig végzett lágyítás után a fémfelület vastagsága 600 ± 100 nm-re, a felületi érdesség (Ra) pedig 224 ± 22 nm-re nőtt. Az izzítás során a szénatomok bediffundálnak a FeCoB rétegbe, ami méretnövekedést eredményez.
Három, 100 nm vastag FeCoB réteget tartalmazó mintát 700, 800 és 900 °C hőmérsékletre melegítettünk. Ha a hőmérsékleti tartomány 700 °C alatt van, nincs jelentős kötés a gyémánt és a FeCoB között, és nagyon kevés anyag távozik a hidrotermális kezelés után. Az anyageltávolítás 800 °C feletti hőmérsékletig fokozódik.
Amikor a hőmérséklet elérte a 900 °C-ot, a maratási sebesség kétszeresére nőtt a 800 °C-os hőmérséklethez képest. A maratott régió profilja azonban nagyon eltér a beültetett maratási szekvenciák (FeCoB) profiljától.
Egy szilárdtest-marató vizualizációját bemutató sematikus minta létrehozása: Gyémánt térbeli szelektív szilárdtest-marása fotolitográfiai mintázatú FeCoB-vel. A kép forrása: Van Z. és Shankar MR et al., Diamonds and Related Materials.
A gyémántokon 100 nm vastag FeCoB mintákat 800 °C-on 30, 60, illetve 90 percig dolgoztuk fel.
A gravírozott terület érdességét (Ra) a 800°C-on mért válaszidő függvényében határoztuk meg. A minták keménysége 30, 60 és 90 perces hőkezelés után 186±28 nm, 203±26 nm és 212±30 nm volt. 500, 800 vagy 100 nm-es maratási mélység esetén a gravírozott terület érdességének és a maratási mélységnek az aránya (RD) 0,372, 0,254 és 0,212.
A maratott terület érdessége nem növekszik jelentősen a maratási mélység növekedésével. Azt találtuk, hogy a gyémánt és a HM maratószer közötti reakcióhoz szükséges hőmérséklet meghaladja a 700 °C-ot.
A tanulmány eredményei azt mutatják, hogy a FeCoB sokkal gyorsabban képes hatékonyan eltávolítani a gyémántokat, mint önmagában a Fe vagy a Co.
Feladás időpontja: 2023. augusztus 31