Nova študija v reviji Diamond and Related Materials se osredotoča na jedkanje polikristalnega diamanta z jedkalom FeCoB za oblikovanje vzorcev. Kot rezultat teh izboljšanih tehnoloških inovacij je mogoče dobiti diamantne površine brez poškodb in z manj napakami.
Raziskava: Prostorsko selektivno jedkanje diamanta v trdnem stanju z uporabo FeCoB s fotolitografskim vzorcem. Avtor slike: Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
S postopkom difuzije v trdnem stanju lahko nanokristalni filmi FeCoB (Fe:Co:B=60:20:20, atomsko razmerje) dosežejo ciljanje na mrežo in odstranitev diamantov v mikrostrukturi.
Diamanti imajo edinstvene biokemične in vizualne lastnosti ter visoko elastičnost in trdnost. Njegova izjemna vzdržljivost je pomemben vir napredka pri ultra natančni obdelavi (tehnologija diamantnega struženja) in pot do ekstremnih pritiskov v območju več sto GPa.
Kemična neprepustnost, vizualna vzdržljivost in biološka aktivnost povečujejo možnosti oblikovanja sistemov, ki uporabljajo te funkcionalne lastnosti. Diamond je zaslovel na področju mehatronike, optike, senzorjev in upravljanja podatkov.
Da bi omogočili njihovo uporabo, lepljenje diamantov in njihov vzorec povzroča očitne težave. Reaktivno ionsko jedkanje (RIE), induktivno sklopljena plazma (ICP) in jedkanje z elektronskim žarkom so primeri obstoječih procesnih sistemov, ki uporabljajo tehnike jedkanja (EBIE).
Diamantne strukture so ustvarjene tudi s tehnikami obdelave z laserjem in fokusiranim ionskim žarkom (FIB). Cilj te tehnike izdelave je pospešiti delaminacijo in omogočiti skaliranje na velikih površinah v zaporednih proizvodnih strukturah. Pri teh postopkih se uporabljajo tekoča jedkala (plazma, plini in tekoče raztopine), kar omejuje geometrično kompleksnost, ki jo je mogoče doseči.
To prelomno delo preučuje ablacijo materiala z ustvarjanjem kemičnih hlapov in ustvarja polikristalni diamant s FeCoB (Fe:Co:B, 60:20:20 atomskih odstotkov) na površini. Glavna pozornost je namenjena izdelavi TM modelov za natančno jedkanje metrskih struktur v diamantih. Spodnji diamant je vezan na nanokristalni FeCoB s toplotno obdelavo pri 700 do 900 °C za 30 do 90 minut.
Nepoškodovana plast vzorca diamanta kaže na osnovno polikristalno mikrostrukturo. Hrapavost (Ra) znotraj posameznega delca je bila 3,84 ± 0,47 nm, skupna hrapavost površine pa 9,6 ± 1,2 nm. Hrapavost (znotraj enega diamantnega zrna) implantirane kovinske plasti FeCoB je 3,39 ± 0,26 nm, višina plasti pa 100 ± 10 nm.
Po 30-minutnem žarjenju pri 800 °C se je debelina kovinske površine povečala na 600 ± 100 nm, površinska hrapavost (Ra) pa na 224 ± 22 nm. Med žarjenjem atomi ogljika difundirajo v plast FeCoB, kar povzroči povečanje velikosti.
Trije vzorci s plastmi FeCoB debeline 100 nm so bili segreti pri temperaturah 700, 800 in 900 °C. Ko je temperaturno območje pod 700 °C, med diamantom in FeCoB ni pomembne vezi in po hidrotermalni obdelavi se odstrani zelo malo materiala. Odstranjevanje materiala je izboljšano do temperatur nad 800 °C.
Ko je temperatura dosegla 900 °C, se je hitrost jedkanja dvakrat povečala v primerjavi s temperaturo 800 °C. Vendar je profil jedkane regije zelo drugačen od profila implantiranih jedkanih sekvenc (FeCoB).
Shema, ki prikazuje vizualizacijo trdnega jedkanika za ustvarjanje vzorca: prostorsko selektivno trdno jedkanje diamanta z uporabo fotolitografsko vzorčenega FeCoB. Avtor slike: Van Z. in Shankar MR et al., Diamanti in sorodni materiali.
Vzorci FeCoB debeline 100 nm na diamantih so bili obdelani pri 800 °C 30, 60 oziroma 90 minut.
Hrapavost (Ra) vgraviranega območja je bila določena kot funkcija odzivnega časa pri 800 °C. Trdota vzorcev po 30, 60 in 90 minutah žarjenja je bila 186±28 nm, 203±26 nm oziroma 212±30 nm. Pri globini jedkanja 500, 800 ali 100 nm je razmerje (RD) hrapavosti vgraviranega območja in globine jedkanja 0,372, 0,254 oziroma 0,212.
Hrapavost jedkanega območja se ne poveča bistveno z večanjem globine jedkanja. Ugotovljeno je bilo, da je temperatura, ki je potrebna za reakcijo med diamantom in jedkalnikom HM, višja od 700 °C.
Rezultati študije kažejo, da lahko FeCoB učinkovito odstrani diamante veliko hitreje kot samo Fe ali Co.
Čas objave: 31. avgusta 2023