En ny studie i tidsskriftet Diamond and Related Materials fokuserer på etsing av polykrystallinsk diamant med FeCoB etsemiddel for å danne mønstre. Som et resultat av disse forbedrede teknologiske innovasjonene kan diamantoverflater oppnås uten skader og med færre defekter.
Forskning: Romlig selektiv etsing av diamant i fast tilstand ved bruk av FeCoB med fotolitografisk mønster. Bildekreditt: Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
Gjennom solid-state diffusjonsprosessen kan FeCoB nanokrystallinske filmer (Fe:Co:B=60:20:20, atomforhold) oppnå gittermålretting og eliminering av diamanter i mikrostrukturen.
Diamanter har unike biokjemiske og visuelle kvaliteter, samt høy elastisitet og styrke. Dens ekstreme holdbarhet er en viktig kilde til fremskritt innen ultrapresisjonsmaskinering (diamantdreieteknologi) og veien til ekstreme trykk i området hundrevis av GPa.
Kjemisk ugjennomtrengelighet, visuell holdbarhet og biologisk aktivitet øker designmulighetene til systemer som bruker disse funksjonelle egenskapene. Diamond har gjort seg bemerket innen mekatronikk, optikk, sensorer og datahåndtering.
For å muliggjøre deres anvendelse, skaper liming av diamanter og deres mønster åpenbare problemer. Reaktiv ioneetsing (RIE), induktivt koblet plasma (ICP) og elektronstråleindusert etsing er eksempler på eksisterende prosesssystemer som bruker etsingsteknikker (EBIE).
Diamantstrukturer lages også ved hjelp av laser og fokusert ionestråle (FIB) prosesseringsteknikker. Målet med denne fabrikasjonsteknikken er å akselerere delaminering samt å tillate skalering over store områder i påfølgende produksjonsstrukturer. Disse prosessene bruker flytende etsemidler (plasma, gasser og flytende løsninger), noe som begrenser den geometriske kompleksiteten som kan oppnås.
Dette banebrytende arbeidet studerer materialablasjon ved generering av kjemisk damp og skaper polykrystallinsk diamant med FeCoB (Fe:Co:B, 60:20:20 atomprosent) på overflaten. Hovedoppmerksomheten rettes mot opprettelsen av TM-modeller for presis etsing av meterskalastrukturer i diamanter. Den underliggende diamanten er bundet til den nanokrystallinske FeCoB ved varmebehandling ved 700 til 900°C i 30 til 90 minutter.
Et intakt lag av en diamantprøve indikerer en underliggende polykrystallinsk mikrostruktur. Ruheten (Ra) i hver bestemt partikkel var 3,84 ± 0,47 nm, og den totale overflateruheten var 9,6 ± 1,2 nm. Ruheten (innenfor ett diamantkorn) til det implanterte FeCoB-metalllaget er 3,39 ± 0,26 nm, og laghøyden er 100 ± 10 nm.
Etter gløding ved 800°C i 30 minutter økte metalloverflatetykkelsen til 600 ± 100 nm, og overflateruheten (Ra) økte til 224 ± 22 nm. Under annealing diffunderer karbonatomer inn i FeCoB-laget, noe som resulterer i en økning i størrelse.
Tre prøver med FeCoB-lag 100 nm tykke ble varmet opp ved temperaturer på henholdsvis 700, 800 og 900°C. Når temperaturområdet er under 700°C, er det ingen signifikant binding mellom diamant og FeCoB, og svært lite materiale fjernes etter hydrotermisk behandling. Materialfjerning forbedres opp til temperaturer over 800 °C.
Når temperaturen nådde 900°C, økte etsehastigheten to ganger sammenlignet med temperaturen på 800°C. Imidlertid er profilen til den etsede regionen svært forskjellig fra den til de implanterte etsesekvensene (FeCoB).
Skjematisk som viser visualisering av et solid state etsmiddel for å lage et mønster: Romlig selektiv solid state etsing av diamant ved bruk av fotolitografisk mønstret FeCoB. Bildekreditt: Van Z. og Shankar MR et al., Diamonds and Related Materials.
FeCoB-prøver 100 nm tykke på diamanter ble behandlet ved 800°C i henholdsvis 30, 60 og 90 minutter.
Ruheten (Ra) til det graverte området ble bestemt som en funksjon av responstiden ved 800°C. Hardheten til prøvene etter gløding i 30, 60 og 90 minutter var henholdsvis 186±28 nm, 203±26 nm og 212±30 nm. Med en etsedybde på 500, 800 eller 100 nm er forholdet (RD) mellom ruheten til det graverte området og etsedybden henholdsvis 0,372, 0,254 og 0,212.
Ruheten til det etsede området øker ikke nevneverdig med økende etsningsdybde. Det har blitt funnet at temperaturen som kreves for reaksjonen mellom diamant og HM etsemiddel er over 700°C.
Resultatene av studien viser at FeCoB effektivt kan fjerne diamanter i en mye raskere hastighet enn enten Fe eller Co alene.
Innleggstid: 31. august 2023