Новое исследование, опубликованное в журнале «Алмаз и родственные материалы», посвящено травлению поликристаллического алмаза травителем FeCoB для формирования узоров. В результате этих усовершенствованных технологических инноваций можно получить алмазные поверхности без повреждений и с меньшим количеством дефектов.
Исследование: Пространственное селективное травление алмаза в твердом состоянии с использованием FeCoB с фотолитографическим рисунком. Изображение предоставлено: Бьорн Вилезич/Shutterstock.com
Благодаря процессу диффузии в твердом состоянии нанокристаллические пленки FeCoB (Fe:Co:B=60:20:20, атомное соотношение) могут обеспечить нацеливание на решетку и устранение алмазов в микроструктуре.
Бриллианты обладают уникальными биохимическими и визуальными качествами, а также высокой эластичностью и прочностью. Его чрезвычайная долговечность является важным источником прогресса в области сверхточной обработки (технология алмазного точения) и пути к экстремальным давлениям в диапазоне сотен ГПа.
Химическая непроницаемость, визуальная прочность и биологическая активность расширяют возможности проектирования систем, использующих эти функциональные качества. Компания Diamond сделала себе имя в области мехатроники, оптики, датчиков и управления данными.
Для возможности их применения склеивание алмазов и их рисунок создают очевидные проблемы. Реактивное ионное травление (RIE), индуктивно-связанная плазма (ICP) и травление, индуцированное электронным лучом, являются примерами существующих технологических систем, в которых используются методы травления (EBIE).
Алмазные структуры также создаются с использованием методов обработки лазером и сфокусированным ионным лучом (FIB). Целью этой технологии изготовления является ускорение расслоения, а также обеспечение возможности масштабирования на больших площадях в последовательных производственных структурах. В этих процессах используются жидкие травители (плазма, газы и жидкие растворы), что ограничивает достижимую геометрическую сложность.
В этой новаторской работе изучается абляция материалов путем генерации химического пара и создается поликристаллический алмаз с FeCoB (Fe:Co:B, 60:20:20 атомных процентов) на поверхности. Основное внимание уделено созданию моделей ТМ для точного травления метровых структур в алмазах. Лежащий в основе алмаз связывается с нанокристаллическим FeCoB путем термообработки при температуре от 700 до 900°C в течение 30-90 минут.
Неповрежденный слой образца алмаза указывает на наличие под ним поликристаллической микроструктуры. Шероховатость (Ra) внутри каждой конкретной частицы составляла 3,84 ± 0,47 нм, а общая шероховатость поверхности — 9,6 ± 1,2 нм. Шероховатость (в пределах одного алмазного зерна) имплантированного слоя металла FeCoB составляет 3,39 ± 0,26 нм, высота слоя — 100 ± 10 нм.
После отжига при 800°С в течение 30 мин толщина поверхности металла увеличилась до 600 ± 100 нм, а шероховатость поверхности (Ra) увеличилась до 224 ± 22 нм. При отжиге атомы углерода диффундируют в слой FeCoB, что приводит к увеличению его размеров.
Три образца со слоями FeCoB толщиной 100 нм были нагреты при температурах 700, 800 и 900◦C соответственно. Когда диапазон температур ниже 700°C, существенной связи между алмазом и FeCoB нет, и после гидротермической обработки удаляется очень мало материала. Удаление материала усиливается до температуры выше 800 °C.
При достижении температуры 900°С скорость травления увеличивалась в два раза по сравнению с температурой 800°С. Однако профиль протравленной области сильно отличается от профиля имплантированных последовательностей травления (FeCoB).
Схема, показывающая визуализацию твердотельного травителя для создания рисунка: Пространственно-селективное твердотельное травление алмаза с использованием FeCoB с фотолитографическим рисунком. Изображение предоставлено: Ван З. и Шанкар М.Р. и др., Алмазы и сопутствующие материалы.
Образцы FeCoB толщиной 100 нм на алмазах обрабатывались при 800°C в течение 30, 60 и 90 минут соответственно.
Шероховатость (Ra) гравированной области определяли как функцию времени отклика при 800°C. Твердость образцов после отжига в течение 30, 60 и 90 минут составила 186±28 нм, 203±26 нм и 212±30 нм соответственно. При глубине травления 500, 800 или 100 нм отношение (RD) шероховатости области гравировки к глубине травления составляет 0,372, 0,254 и 0,212 соответственно.
Шероховатость области травления существенно не увеличивается с увеличением глубины травления. Было обнаружено, что температура, необходимая для реакции между алмазом и травителем ТМ, превышает 700°С.
Результаты исследования показывают, что FeCoB может эффективно удалять алмазы и гораздо быстрее, чем Fe или Co по отдельности.
Время публикации: 31 августа 2023 г.