Un nuovo studio pubblicato sulla rivista Diamond and Related Materials si concentra sull’incisione del diamante policristallino con l’attacco FeCoB per formare modelli. Come risultato di queste migliori innovazioni tecnologiche, è possibile ottenere superfici diamantate senza danni e con meno difetti.
Ricerca: Incisione selettiva spaziale del diamante allo stato solido utilizzando FeCoB con un pattern fotolitografico. Credito immagine: Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
Attraverso il processo di diffusione allo stato solido, i film nanocristallini FeCoB (Fe:Co:B=60:20:20, rapporto atomico) possono raggiungere il targeting del reticolo e l'eliminazione dei diamanti nella microstruttura.
I diamanti hanno qualità biochimiche e visive uniche, nonché elevata elasticità e resistenza. La sua estrema durata è un'importante fonte di progresso nella lavorazione ultraprecisa (tecnologia di tornitura del diamante) e nel percorso verso pressioni estreme nell'ordine di centinaia di GPa.
L'impermeabilità chimica, la durabilità visiva e l'attività biologica aumentano le possibilità di progettazione dei sistemi che utilizzano queste qualità funzionali. Diamond si è fatta un nome nei settori della meccatronica, dell'ottica, dei sensori e della gestione dei dati.
Per consentirne l'applicazione, l'incollaggio dei diamanti e la loro modellazione creano evidenti problemi. L'attacco con ioni reattivi (RIE), il plasma accoppiato induttivamente (ICP) e l'attacco indotto da un fascio di elettroni sono esempi di sistemi di processo esistenti che utilizzano tecniche di attacco (EBIE).
Le strutture dei diamanti vengono create anche utilizzando tecniche di lavorazione laser e fascio ionico focalizzato (FIB). Lo scopo di questa tecnica di fabbricazione è accelerare la delaminazione e consentire il ridimensionamento su ampie aree nelle successive strutture di produzione. Questi processi utilizzano agenti aggressivi liquidi (plasma, gas e soluzioni liquide), che limitano la complessità geometrica ottenibile.
Questo lavoro innovativo studia l’ablazione del materiale mediante generazione di vapore chimico e crea diamante policristallino con FeCoB (Fe:Co:B, 60:20:20 per cento atomico) sulla superficie. L'attenzione principale è rivolta alla creazione di modelli TM per l'incisione precisa di strutture su scala metro nei diamanti. Il diamante sottostante è legato al FeCoB nanocristallino mediante trattamento termico a una temperatura compresa tra 700 e 900°C per 30-90 minuti.
Uno strato intatto di un campione di diamante indica una microstruttura policristallina sottostante. La rugosità (Ra) all'interno di ciascuna particella particolare era di 3,84 ± 0,47 nm e la rugosità superficiale totale era di 9,6 ± 1,2 nm. La rugosità (all'interno di un grano di diamante) dello strato metallico FeCoB impiantato è 3,39 ± 0,26 nm e l'altezza dello strato è 100 ± 10 nm.
Dopo la ricottura a 800°C per 30 minuti, lo spessore della superficie metallica è aumentato a 600 ± 100 nm e la rugosità superficiale (Ra) è aumentata a 224 ± 22 nm. Durante la ricottura, gli atomi di carbonio si diffondono nello strato FeCoB, determinando un aumento delle dimensioni.
Tre campioni con strati FeCoB spessi 100 nm sono stati riscaldati rispettivamente a temperature di 700, 800 e 900°C. Quando l'intervallo di temperatura è inferiore a 700°C, non vi è alcun legame significativo tra diamante e FeCoB e dopo il trattamento idrotermale viene rimosso pochissimo materiale. La rimozione del materiale è migliorata fino a temperature superiori a 800 °C.
Quando la temperatura raggiunse i 900°C, la velocità di attacco aumentò due volte rispetto alla temperatura di 800°C. Tuttavia, il profilo della regione mordenzata è molto diverso da quello delle sequenze mordenzanti impiantate (FeCoB).
Schema che mostra la visualizzazione di un mordenzante allo stato solido per creare un modello: incisione allo stato solido spazialmente selettiva del diamante utilizzando FeCoB modellato fotolitograficamente. Credito immagine: Van Z. e Shankar MR et al., Diamanti e materiali correlati.
I campioni FeCoB spessi 100 nm su diamanti sono stati trattati a 800°C per 30, 60 e 90 minuti, rispettivamente.
La rugosità (Ra) dell'area incisa è stata determinata in funzione del tempo di risposta a 800°C. La durezza dei campioni dopo ricottura per 30, 60 e 90 minuti era rispettivamente di 186±28 nm, 203±26 nm e 212±30 nm. Con una profondità di incisione di 500, 800 o 100 nm, il rapporto (RD) tra la rugosità dell'area incisa e la profondità di incisione è rispettivamente 0,372, 0,254 e 0,212.
La rugosità dell'area incisa non aumenta in modo significativo con l'aumentare della profondità dell'incisione. Si è riscontrato che la temperatura richiesta per la reazione tra diamante e mordenzante HM è superiore a 700°C.
I risultati dello studio mostrano che il FeCoB può rimuovere efficacemente i diamanti a una velocità molto più rapida rispetto al solo Fe o Co.
Orario di pubblicazione: 31 agosto 2023