Um novo estudo publicado na revista Diamond and Related Materials concentra-se na gravação de diamante policristalino com ácido FeCoB para formar padrões. Como resultado destas inovações tecnológicas melhoradas, as superfícies diamantadas podem ser obtidas sem danos e com menos defeitos.
Pesquisa: Gravura seletiva espacial de diamante no estado sólido utilizando FeCoB com padrão fotolitográfico. Crédito da imagem: Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
Através do processo de difusão no estado sólido, os filmes nanocristalinos de FeCoB (Fe:Co:B=60:20:20, proporção atômica) podem atingir o direcionamento da rede e a eliminação de diamantes na microestrutura.
Os diamantes possuem qualidades bioquímicas e visuais únicas, além de alta elasticidade e resistência. Sua extrema durabilidade é uma importante fonte de progresso na usinagem de ultraprecisão (tecnologia de torneamento de diamante) e o caminho para pressões extremas na faixa de centenas de GPa.
A impermeabilidade química, a durabilidade visual e a atividade biológica aumentam as possibilidades de projeto de sistemas que utilizam essas qualidades funcionais. Diamond tornou-se conhecido nas áreas de mecatrônica, óptica, sensores e gerenciamento de dados.
Para permitir a sua aplicação, a ligação dos diamantes e o seu padrão criam problemas óbvios. A gravação com íons reativos (RIE), plasma indutivamente acoplado (ICP) e gravação induzida por feixe de elétrons são exemplos de sistemas de processo existentes que usam técnicas de gravação (EBIE).
Estruturas de diamante também são criadas usando técnicas de processamento de laser e feixe de íons focados (FIB). O objetivo desta técnica de fabricação é acelerar a delaminação, bem como permitir o dimensionamento em grandes áreas em sucessivas estruturas de produção. Esses processos utilizam agentes de corrosão líquidos (plasma, gases e soluções líquidas), o que limita a complexidade geométrica alcançável.
Este trabalho inovador estuda a ablação de materiais por geração de vapor químico e cria diamante policristalino com FeCoB (Fe:Co:B, 60:20:20 por cento atômico) na superfície. A principal atenção é dada à criação de modelos TM para gravação precisa de estruturas em escala métrica em diamantes. O diamante subjacente é ligado ao FeCoB nanocristalino por tratamento térmico a 700 a 900°C durante 30 a 90 minutos.
Uma camada intacta de uma amostra de diamante indica uma microestrutura policristalina subjacente. A rugosidade (Ra) dentro de cada partícula específica foi de 3,84 ± 0,47 nm e a rugosidade superficial total foi de 9,6 ± 1,2 nm. A rugosidade (dentro de um grão de diamante) da camada metálica de FeCoB implantada é de 3,39 ± 0,26 nm e a altura da camada é de 100 ± 10 nm.
Após recozimento a 800°C por 30 min, a espessura da superfície metálica aumentou para 600 ± 100 nm e a rugosidade superficial (Ra) aumentou para 224 ± 22 nm. Durante o recozimento, os átomos de carbono se difundem na camada FeCoB, resultando em um aumento de tamanho.
Três amostras com camadas de FeCoB com 100 nm de espessura foram aquecidas a temperaturas de 700, 800 e 900°C, respectivamente. Quando a faixa de temperatura está abaixo de 700°C, não há ligação significativa entre o diamante e o FeCoB, e muito pouco material é removido após o tratamento hidrotérmico. A remoção de material é melhorada até temperaturas acima de 800 °C.
Quando a temperatura atingiu 900°C, a taxa de ataque aumentou duas vezes em comparação com a temperatura de 800°C. No entanto, o perfil da região gravada é muito diferente daquele das sequências de gravação implantadas (FeCoB).
Esquema mostrando a visualização de um ataque de estado sólido para criar um padrão: Gravura espacialmente seletiva de diamante em estado sólido usando FeCoB fotolitograficamente padronizado. Crédito da imagem: Van Z. e Shankar MR et al., Diamonds and Related Materials.
Amostras de FeCoB com 100 nm de espessura em diamantes foram processadas a 800°C por 30, 60 e 90 minutos, respectivamente.
A rugosidade (Ra) da área gravada foi determinada em função do tempo de resposta a 800°C. A dureza das amostras após recozimento por 30, 60 e 90 minutos foi de 186±28 nm, 203±26 nm e 212±30 nm, respectivamente. Com uma profundidade de gravação de 500, 800 ou 100 nm, a razão (RD) entre a rugosidade da área gravada e a profundidade de gravação é 0,372, 0,254 e 0,212, respectivamente.
A rugosidade da área gravada não aumenta significativamente com o aumento da profundidade da gravação. Verificou-se que a temperatura necessária para a reacção entre o diamante e o agente corrosivo HM é superior a 700°C.
Os resultados do estudo mostram que o FeCoB pode efetivamente remover diamantes a uma taxa muito mais rápida do que o Fe ou o Co sozinhos.
Horário da postagem: 31 de agosto de 2023