Sebuah studi baru di jurnal Diamond and Associated Materials berfokus pada pengetsaan berlian polikristalin dengan etsa FeCoB untuk membentuk pola. Sebagai hasil dari inovasi teknologi yang ditingkatkan ini, permukaan berlian dapat diperoleh tanpa kerusakan dan cacat yang lebih sedikit.
Penelitian: Etsa selektif spasial berlian dalam keadaan padat menggunakan FeCoB dengan pola fotolitografi. Kredit gambar: Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
Melalui proses difusi keadaan padat, film nanokristalin FeCoB (Fe:Co:B=60:20:20, rasio atom) dapat mencapai penargetan kisi dan menghilangkan berlian dalam struktur mikro.
Berlian memiliki kualitas biokimia dan visual yang unik, serta elastisitas dan kekuatan yang tinggi. Daya tahannya yang ekstrem merupakan sumber kemajuan penting dalam pemesinan ultra presisi (teknologi pembubutan berlian) dan jalan menuju tekanan ekstrem dalam kisaran ratusan GPa.
Kedap air secara kimia, daya tahan visual, dan aktivitas biologis meningkatkan kemungkinan desain sistem yang menggunakan kualitas fungsional ini. Diamond telah terkenal di bidang mekatronik, optik, sensor, dan manajemen data.
Untuk memungkinkan penerapannya, ikatan berlian dan polanya menimbulkan masalah yang jelas. Etsa ion reaktif (RIE), plasma berpasangan induktif (ICP), dan etsa terinduksi berkas elektron adalah contoh sistem proses yang ada yang menggunakan teknik etsa (EBIE).
Struktur berlian juga dibuat menggunakan teknik pemrosesan laser dan sinar ion terfokus (FIB). Tujuan dari teknik fabrikasi ini adalah untuk mempercepat delaminasi serta memungkinkan penskalaan pada area yang luas dalam struktur produksi yang berurutan. Proses ini menggunakan etsa cair (plasma, gas, dan larutan cair), yang membatasi kompleksitas geometri yang dapat dicapai.
Karya inovatif ini mempelajari ablasi material dengan menghasilkan uap kimia dan menciptakan berlian polikristalin dengan FeCoB (Fe:Co:B, 60:20:20 persen atom) di permukaan. Perhatian utama diberikan pada pembuatan model TM untuk pengetsaan struktur skala meter pada berlian secara presisi. Berlian yang mendasarinya diikat ke nanokristalin FeCoB melalui perlakuan panas pada suhu 700 hingga 900°C selama 30 hingga 90 menit.
Lapisan sampel berlian yang utuh menunjukkan struktur mikro polikristalin yang mendasarinya. Kekasaran (Ra) dalam setiap partikel tertentu adalah 3,84 ± 0,47 nm, dan kekasaran permukaan total adalah 9,6 ± 1,2 nm. Kekasaran (dalam satu butir berlian) lapisan logam FeCoB yang ditanamkan adalah 3,39 ± 0,26 nm, dan tinggi lapisan adalah 100 ± 10 nm.
Setelah anil pada suhu 800°C selama 30 menit, ketebalan permukaan logam meningkat menjadi 600 ± 100 nm, dan kekasaran permukaan (Ra) meningkat menjadi 224 ± 22 nm. Selama anil, atom karbon berdifusi ke dalam lapisan FeCoB, mengakibatkan peningkatan ukuran.
Tiga sampel dengan lapisan FeCoB setebal 100 nm dipanaskan masing-masing pada suhu 700, 800, dan 900°C. Ketika kisaran suhu di bawah 700°C, tidak ada ikatan yang signifikan antara intan dan FeCoB, dan sangat sedikit material yang dihilangkan setelah pengolahan hidrotermal. Penghapusan material ditingkatkan hingga suhu di atas 800 °C.
Ketika suhu mencapai 900°C, laju etsa meningkat dua kali lipat dibandingkan suhu 800°C. Namun, profil daerah yang tergores sangat berbeda dengan sekuens etsa yang ditanamkan (FeCoB).
Skema yang menunjukkan visualisasi etsa padat untuk membuat pola: Pengetsaan berlian padat selektif spasial menggunakan FeCoB berpola fotolitografi. Kredit gambar: Van Z. dan Shankar MR dkk., Berlian dan Bahan Terkait.
Sampel FeCoB setebal 100 nm pada berlian diproses pada suhu 800°C masing-masing selama 30, 60, dan 90 menit.
Kekasaran (Ra) area ukiran ditentukan sebagai fungsi waktu respons pada 800°C. Kekerasan sampel setelah anil selama 30, 60 dan 90 menit masing-masing adalah 186±28 nm, 203±26 nm dan 212±30 nm. Dengan kedalaman etsa 500, 800, atau 100 nm, rasio (RD) kekasaran area ukiran terhadap kedalaman etsa masing-masing adalah 0,372, 0,254, dan 0,212.
Kekasaran area yang tergores tidak meningkat secara signifikan seiring bertambahnya kedalaman penggoresan. Telah ditemukan bahwa suhu yang diperlukan untuk reaksi antara intan dan etsa HM melebihi 700°C.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa FeCoB dapat menghilangkan berlian secara efektif dengan kecepatan yang jauh lebih cepat dibandingkan Fe atau Co saja.
Waktu posting: 31 Agustus-2023