Un nou studiu din revista Diamond and Related Materials se concentrează pe gravarea diamantului policristalin cu gravant FeCoB pentru a forma modele. Ca urmare a acestor inovații tehnologice îmbunătățite, suprafețele de diamant pot fi obținute fără deteriorare și cu mai puține defecte.
Cercetare: Gravarea selectivă spațială a diamantului în stare solidă folosind FeCoB cu un model fotolitografic. Credit imagine: Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
Prin procesul de difuzie în stare solidă, filmele nanocristaline FeCoB (Fe:Co:B=60:20:20, raport atomic) pot realiza țintirea rețelei și eliminarea diamantelor din microstructură.
Diamantele au calități biochimice și vizuale unice, precum și elasticitate și rezistență ridicate. Durabilitatea sa extremă este o sursă importantă de progres în prelucrarea de ultra precizie (tehnologia de strunjire cu diamante) și calea către presiuni extreme în intervalul de sute de GPa.
Impermeabilitatea chimică, durabilitatea vizuală și activitatea biologică cresc posibilitățile de proiectare ale sistemelor care utilizează aceste calități funcționale. Diamond și-a făcut un nume în domeniile mecatronicei, opticii, senzorilor și gestionării datelor.
Pentru a permite aplicarea lor, lipirea diamantelor și modelul lor creează probleme evidente. Gravarea ionică reactivă (RIE), plasma cuplată inductiv (ICP) și gravarea indusă prin fascicul de electroni sunt exemple de sisteme de proces existente care utilizează tehnici de gravare (EBIE).
Structurile de diamant sunt, de asemenea, create folosind tehnici de procesare cu laser și fascicul ionic focalizat (FIB). Scopul acestei tehnici de fabricație este de a accelera delaminarea, precum și de a permite scalarea pe suprafețe mari în structurile de producție succesive. Aceste procese folosesc agenți lichizi (plasmă, gaze și soluții lichide), ceea ce limitează complexitatea geometrică realizabilă.
Această lucrare revoluționară studiază ablația materialului prin generarea de vapori chimici și creează diamant policristalin cu FeCoB (Fe:Co:B, 60:20:20 procente atomice) la suprafață. Atenția principală este acordată creării de modele TM pentru gravarea precisă a structurilor la scară metrică în diamante. Diamantul subiacent este legat de FeCoB nanocristalin prin tratament termic la 700 până la 900°C timp de 30 până la 90 de minute.
Un strat intact al unei probe de diamant indică o microstructură policristalină subiacentă. Rugozitatea (Ra) din fiecare particulă particulară a fost de 3,84 ± 0,47 nm, iar rugozitatea totală a suprafeței a fost de 9,6 ± 1,2 nm. Rugozitatea (într-un granul de diamant) a stratului metalic FeCoB implantat este de 3,39 ± 0,26 nm, iar înălțimea stratului este de 100 ± 10 nm.
După recoacere la 800°C timp de 30 de minute, grosimea suprafeței metalice a crescut la 600 ± 100 nm, iar rugozitatea suprafeței (Ra) a crescut la 224 ± 22 nm. În timpul recoacerii, atomii de carbon difuzează în stratul de FeCoB, rezultând o creștere a dimensiunii.
Trei probe cu straturi FeCoB de 100 nm grosime au fost încălzite la temperaturi de 700, 800 și, respectiv, 900°C. Când intervalul de temperatură este sub 700°C, nu există nicio legătură semnificativă între diamant și FeCoB și foarte puțin material este îndepărtat după tratamentul hidrotermal. Îndepărtarea materialului este îmbunătățită până la temperaturi de peste 800 °C.
Când temperatura a atins 900°C, rata de gravare a crescut de două ori în comparație cu temperatura de 800°C. Cu toate acestea, profilul regiunii gravate este foarte diferit de cel al secvențelor de gravare implantate (FeCoB).
Schemă care arată vizualizarea unui gravator în stare solidă pentru a crea un model: Gravarea în stare solidă selectivă spațial a diamantului utilizând FeCoB modelat fotolitografic. Credit imagine: Van Z. și Shankar MR și colab., Diamonds and Related Materials.
Probele de FeCoB cu o grosime de 100 nm pe diamante au fost procesate la 800°C timp de 30, 60 și, respectiv, 90 de minute.
Rugozitatea (Ra) a zonei gravate a fost determinată în funcție de timpul de răspuns la 800°C. Duritatea probelor după recoacere timp de 30, 60 și 90 de minute a fost de 186±28 nm, 203±26 nm și, respectiv, 212±30 nm. Cu o adâncime de gravare de 500, 800 sau 100 nm, raportul (RD) dintre rugozitatea zonei gravate și adâncimea de gravare este de 0,372, 0,254 și, respectiv, 0,212.
Rugozitatea zonei gravate nu crește semnificativ odată cu creșterea adâncimii de gravare. S-a descoperit că temperatura necesară pentru reacţia dintre diamant şi agentul de gravare HM este peste 700°C.
Rezultatele studiului arată că FeCoB poate îndepărta eficient diamantele într-un ritm mult mai rapid decât Fe sau Co singur.
Ora postării: 31-aug-2023