Nová štúdia v časopise Diamond and Related Materials sa zameriava na leptanie polykryštalického diamantu leptadlom FeCoB na vytváranie vzorov. V dôsledku týchto zdokonalených technologických inovácií je možné získať diamantové povrchy bez poškodenia a s menším počtom defektov.
Výskum: Priestorové selektívne leptanie diamantu v pevnom stave pomocou FeCoB s fotolitografickým vzorom. Obrazový kredit: Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
Prostredníctvom procesu difúzie v tuhom stave môžu nanokryštalické filmy FeCoB (Fe:Co:B=60:20:20, atómový pomer) dosiahnuť mriežkové zacielenie a elimináciu diamantov v mikroštruktúre.
Diamanty majú jedinečné biochemické a vizuálne vlastnosti, ako aj vysokú elasticitu a pevnosť. Jeho extrémna odolnosť je dôležitým zdrojom pokroku v ultra presnom obrábaní (technológia diamantového sústruženia) a cestou k extrémnym tlakom v rozsahu stoviek GPa.
Chemická nepriepustnosť, vizuálna stálosť a biologická aktivita zvyšujú konštrukčné možnosti systémov, ktoré využívajú tieto funkčné vlastnosti. Diamond si urobil meno v oblasti mechatroniky, optiky, senzorov a správy dát.
Na umožnenie ich aplikácie spôsobuje lepenie diamantov a ich vzoru zjavné problémy. Reaktívne iónové leptanie (RIE), indukčne viazaná plazma (ICP) a leptanie indukované elektrónovým lúčom sú príklady existujúcich procesných systémov, ktoré využívajú techniky leptania (EBIE).
Diamantové štruktúry sa vytvárajú aj pomocou techník spracovania laserom a fokusovaným iónovým lúčom (FIB). Cieľom tejto výrobnej techniky je urýchliť delamináciu, ako aj umožniť škálovanie na veľkých plochách v po sebe nasledujúcich výrobných štruktúrach. Tieto procesy využívajú tekuté leptadla (plazma, plyny a kvapalné roztoky), čo obmedzuje dosiahnuteľnú geometrickú zložitosť.
Táto priekopnícka práca študuje odstraňovanie materiálu chemickou tvorbou pár a vytvára polykryštalický diamant s FeCoB (Fe:Co:B, 60:20:20 atómových percent) na povrchu. Hlavná pozornosť je venovaná tvorbe TM modelov pre presné leptanie metrových štruktúr v diamantoch. Podkladový diamant je spojený s nanokryštalickým FeCoB tepelným spracovaním pri 700 až 900 °C počas 30 až 90 minút.
Neporušená vrstva diamantovej vzorky indikuje základnú polykryštalickú mikroštruktúru. Drsnosť (Ra) každej konkrétnej častice bola 3,84 ± 0,47 nm a celková drsnosť povrchu bola 9,6 ± 1,2 nm. Drsnosť (v rámci jedného diamantového zrna) implantovanej kovovej vrstvy FeCoB je 3,39 ± 0,26 nm a výška vrstvy je 100 ± 10 nm.
Po žíhaní pri 800 °C počas 30 minút sa hrúbka kovového povrchu zvýšila na 600 ± 100 nm a drsnosť povrchu (Ra) sa zvýšila na 224 ± 22 nm. Počas žíhania atómy uhlíka difundujú do vrstvy FeCoB, čo vedie k zväčšeniu veľkosti.
Tri vzorky s vrstvami FeCoB s hrúbkou 100 nm sa zahrievali na teploty 700, 800 a 900 °C. Keď je teplotný rozsah pod 700 °C, nedochádza k žiadnej významnej väzbe medzi diamantom a FeCoB a po hydrotermálnej úprave sa odstráni len veľmi málo materiálu. Úber materiálu sa zvyšuje pri teplotách nad 800 °C.
Keď teplota dosiahla 900 °C, rýchlosť leptania sa zvýšila dvakrát v porovnaní s teplotou 800 °C. Profil leptanej oblasti je však veľmi odlišný od profilu implantovaných leptaných sekvencií (FeCoB).
Schéma znázorňujúca vizualizáciu leptadla v tuhom stave na vytvorenie vzoru: Priestorovo selektívne leptanie diamantu v tuhom stave pomocou fotolitograficky vzorovaného FeCoB. Obrazový kredit: Van Z. a Shankar MR a kol., Diamanty a súvisiace materiály.
Vzorky FeCoB s hrúbkou 100 nm na diamantoch sa spracovávali pri 800 °C počas 30, 60 a 90 minút.
Drsnosť (Ra) rytej oblasti bola stanovená ako funkcia doby odozvy pri 800 °C. Tvrdosť vzoriek po žíhaní počas 30, 60 a 90 minút bola 186 ± 28 nm, 203 ± 26 nm a 212 ± 30 nm. Pri hĺbke leptania 500, 800 alebo 100 nm je pomer (RD) drsnosti rytej oblasti k hĺbke leptania 0,372, 0,254 a 0,212.
Drsnosť leptanej oblasti sa s rastúcou hĺbkou leptania výrazne nezväčšuje. Zistilo sa, že teplota potrebná na reakciu medzi diamantom a HM leptacím prostriedkom je vyššia ako 700 °C.
Výsledky štúdie ukazujú, že FeCoB dokáže efektívne odstraňovať diamanty oveľa rýchlejším tempom ako samotné Fe alebo Co.
Čas odoslania: 31. augusta 2023