Een nieuwe studie in het tijdschrift Diamond and Related Materials richt zich op het etsen van polykristallijne diamant met FeCoB-etsmiddel om patronen te vormen. Als gevolg van deze verbeterde technologische innovaties kunnen diamantoppervlakken worden verkregen zonder schade en met minder defecten.
Onderzoek: Ruimtelijk selectief etsen van diamant in vaste toestand met behulp van FeCoB met een fotolithografisch patroon. Afbeelding tegoed: Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
Door het diffusieproces in vaste toestand kunnen FeCoB nanokristallijne films (Fe:Co:B=60:20:20, atoomverhouding) roostertargeting en eliminatie van diamanten in de microstructuur bereiken.
Diamanten hebben unieke biochemische en visuele eigenschappen, evenals een hoge elasticiteit en sterkte. De extreme duurzaamheid is een belangrijke bron van vooruitgang op het gebied van ultraprecieze bewerking (diamantdraaitechnologie) en de weg naar extreme drukken in het bereik van honderden GPa.
Chemische ondoordringbaarheid, visuele duurzaamheid en biologische activiteit vergroten de ontwerpmogelijkheden van systemen die deze functionele kwaliteiten gebruiken. Diamond heeft naam gemaakt op het gebied van mechatronica, optica, sensoren en datamanagement.
Om hun toepassing mogelijk te maken, zorgt het hechten van diamanten en hun patroon voor duidelijke problemen. Reactief ionenetsen (RIE), inductief gekoppeld plasma (ICP) en door elektronenbundels geïnduceerd etsen zijn voorbeelden van bestaande processystemen die gebruik maken van etstechnieken (EBIE).
Diamantstructuren worden ook gemaakt met behulp van laser- en gefocusseerde ionenbundel (FIB)-verwerkingstechnieken. Het doel van deze fabricagetechniek is om delaminatie te versnellen en om schaalvergroting over grote oppervlakken in opeenvolgende productiestructuren mogelijk te maken. Deze processen maken gebruik van vloeibare etsmiddelen (plasma, gassen en vloeibare oplossingen), wat de haalbare geometrische complexiteit beperkt.
Dit baanbrekende werk bestudeert materiaalablatie door chemische dampontwikkeling en creëert polykristallijne diamant met FeCoB (Fe:Co:B, 60:20:20 atoomprocent) op het oppervlak. De belangrijkste aandacht gaat uit naar het creëren van TM-modellen voor het nauwkeurig etsen van structuren op meterschaal in diamanten. De onderliggende diamant wordt aan het nanokristallijne FeCoB gebonden door een hittebehandeling bij 700 tot 900°C gedurende 30 tot 90 minuten.
Een intacte laag van een diamantmonster duidt op een onderliggende polykristallijne microstructuur. De ruwheid (Ra) binnen elk specifiek deeltje was 3,84 ± 0,47 nm, en de totale oppervlakteruwheid was 9,6 ± 1,2 nm. De ruwheid (binnen één diamantkorrel) van de geïmplanteerde FeCoB-metaallaag is 3,39 ± 0,26 nm, en de laaghoogte is 100 ± 10 nm.
Na 30 minuten uitgloeien bij 800°C nam de dikte van het metaaloppervlak toe tot 600 ± 100 nm, en nam de oppervlakteruwheid (Ra) toe tot 224 ± 22 nm. Tijdens het uitgloeien diffunderen koolstofatomen in de FeCoB-laag, wat resulteert in een toename in omvang.
Drie monsters met FeCoB-lagen van 100 nm dik werden verwarmd op temperaturen van respectievelijk 700, 800 en 900°C. Wanneer het temperatuurbereik lager is dan 700°C, is er geen significante binding tussen diamant en FeCoB en wordt er zeer weinig materiaal verwijderd na hydrothermische behandeling. De materiaalverwijdering wordt verbeterd tot temperaturen boven 800 °C.
Toen de temperatuur 900°C bereikte, nam de etssnelheid tweemaal toe vergeleken met de temperatuur van 800°C. Het profiel van het geëtste gebied is echter heel anders dan dat van de geïmplanteerde etssequenties (FeCoB).
Schematische weergave van de visualisatie van een vaste-stof-etsmiddel om een patroon te creëren: Ruimtelijk selectief vaste-stof-etsen van diamant met behulp van fotolithografisch gevormd FeCoB. Afbeelding tegoed: Van Z. en Shankar MR et al., Diamonds and Related Materials.
FeCoB-monsters van 100 nm dik op diamanten werden respectievelijk gedurende 30, 60 en 90 minuten bij 800°C verwerkt.
De ruwheid (Ra) van het gegraveerde gebied werd bepaald als functie van de responstijd bij 800°C. De hardheid van de monsters na gloeien gedurende 30, 60 en 90 minuten was respectievelijk 186 ± 28 nm, 203 ± 26 nm en 212 ± 30 nm. Bij een etsdiepte van 500, 800 of 100 nm is de verhouding (RD) van de ruwheid van het gegraveerde gebied tot de etsdiepte respectievelijk 0,372, 0,254 en 0,212.
De ruwheid van het geëtste gebied neemt niet significant toe met toenemende etsdiepte. Er is gevonden dat de temperatuur die nodig is voor de reactie tussen diamant en HM-etsmiddel hoger is dan 700°C.
De resultaten van het onderzoek laten zien dat FeCoB diamanten effectief en veel sneller kan verwijderen dan Fe of Co alleen.
Posttijd: 31 augustus 2023