Diamond and 관련 재료 저널에 실린 새로운 연구는 패턴을 형성하기 위해 FeCoB 식각액을 사용한 다결정 다이아몬드 식각에 초점을 맞췄습니다. 이러한 개선된 기술 혁신의 결과로 다이아몬드 표면은 손상 없이 결함이 적은 상태로 얻어질 수 있습니다.
연구: 포토리소그래피 패턴을 갖춘 FeCoB를 사용하여 고체 상태의 다이아몬드를 공간적으로 선택적으로 에칭합니다. 이미지 출처: Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
고체 확산 공정을 통해 FeCoB 나노결정질 필름(Fe:Co:B=60:20:20, 원자비)은 격자 타겟팅을 달성하고 미세 구조에서 다이아몬드를 제거할 수 있습니다.
다이아몬드는 독특한 생화학적, 시각적 특성뿐만 아니라 높은 탄력성과 강도를 가지고 있습니다. 극도의 내구성은 초정밀 가공(다이아몬드 선삭 기술) 발전의 중요한 원천이자 수백 GPa 범위의 극한 압력에 대한 경로입니다.
화학적 불침투성, 시각적 내구성 및 생물학적 활성은 이러한 기능적 특성을 사용하는 시스템의 설계 가능성을 높입니다. 다이아몬드는 메카트로닉스, 광학, 센서 및 데이터 관리 분야에서 명성을 얻었습니다.
다이아몬드의 적용을 가능하게 하기 위해서는 다이아몬드의 결합과 패턴이 명백한 문제를 야기합니다. 반응성 이온 에칭(RIE), 유도 결합 플라즈마(ICP) 및 전자 빔 유도 에칭은 에칭 기술(EBIE)을 사용하는 기존 프로세스 시스템의 예입니다.
다이아몬드 구조는 레이저 및 집속 이온 빔(FIB) 처리 기술을 사용하여 생성되기도 합니다. 이 제조 기술의 목적은 박리를 가속화하고 연속적인 생산 구조에서 넓은 영역에 걸쳐 확장을 허용하는 것입니다. 이러한 공정에서는 달성 가능한 기하학적 복잡성을 제한하는 액체 식각액(플라즈마, 가스 및 액체 용액)을 사용합니다.
이 획기적인 연구는 화학 증기 발생에 의한 재료 제거를 연구하고 표면에 FeCoB(Fe:Co:B, 60:20:20 원자%)가 있는 다결정 다이아몬드를 생성합니다. 다이아몬드의 미터 규모 구조를 정밀하게 에칭하기 위한 TM 모델 생성에 주된 관심이 집중되고 있습니다. 밑에 있는 다이아몬드는 700~900°C에서 30~90분 동안 열처리를 통해 나노결정질 FeCoB와 결합됩니다.
다이아몬드 샘플의 손상되지 않은 층은 기본 다결정 미세 구조를 나타냅니다. 각 특정 입자 내의 거칠기(Ra)는 3.84 ± 0.47 nm이고, 전체 표면 거칠기는 9.6 ± 1.2 nm였다. 주입된 FeCoB 금속층의 거칠기(다이아몬드 그레인 1개 이내)는 3.39±0.26nm이고, 층 높이는 100±10nm이다.
800°C에서 30분 동안 어닐링한 후, 금속 표면 두께는 600 ± 100 nm로 증가했고, 표면 거칠기(Ra)는 224 ± 22 nm로 증가했습니다. 어닐링 중에 탄소 원자가 FeCoB 층으로 확산되어 크기가 증가합니다.
두께가 100 nm인 FeCoB 층이 있는 3개의 샘플을 각각 700, 800 및 900°C의 온도에서 가열했습니다. 온도 범위가 700°C 미만이면 다이아몬드와 FeCoB 사이에 상당한 결합이 없으며 열수 처리 후에 물질이 거의 제거되지 않습니다. 재료 제거는 최대 800°C 이상의 온도까지 향상됩니다.
온도가 900°C에 도달하면 800°C에 비해 에칭 속도가 2배 증가했습니다. 그러나 식각된 영역의 프로파일은 주입된 식각 시퀀스(FeCoB)의 프로파일과 매우 다릅니다.
패턴을 생성하기 위한 고체 식각액의 시각화를 보여주는 개략도: 포토리소그래피 방식으로 패턴화된 FeCoB를 사용하여 다이아몬드를 공간적으로 선택적으로 고체 식각합니다. 이미지 크레디트: Van Z. 및 Shankar MR 외, 다이아몬드 및 관련 자료.
다이아몬드의 100nm 두께의 FeCoB 샘플을 800°C에서 각각 30분, 60분, 90분 동안 처리했습니다.
새겨진 영역의 거칠기(Ra)는 800°C에서 응답 시간의 함수로 결정되었습니다. 30분, 60분, 90분 동안 어닐링한 후 샘플의 경도는 각각 186±28 nm, 203±26 nm 및 212±30 nm였습니다. 식각 깊이가 500, 800, 100 nm인 경우 식각 깊이에 대한 음각 영역의 거칠기 비율(RD)은 각각 0.372, 0.254, 0.212입니다.
에칭 깊이가 증가함에 따라 에칭 영역의 거칠기가 크게 증가하지 않습니다. 다이아몬드와 HM 에칭제 사이의 반응에 필요한 온도는 700°C를 초과하는 것으로 밝혀졌습니다.
연구 결과는 FeCoB가 Fe나 Co 단독보다 훨씬 빠른 속도로 다이아몬드를 효과적으로 제거할 수 있음을 보여줍니다.
게시 시간: 2023년 8월 31일