En ny studie i tidskriften Diamond and Related Materials fokuserar på etsning av polykristallin diamant med FeCoB etsmedel för att bilda mönster. Som ett resultat av dessa förbättrade tekniska innovationer kan diamantytor erhållas utan skador och med färre defekter.
Forskning: Rumslig selektiv etsning av diamant i fast tillstånd med användning av FeCoB med ett fotolitografiskt mönster. Bildkredit: Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
Genom solid-state diffusionsprocessen kan FeCoB nanokristallina filmer (Fe:Co:B=60:20:20, atomärt förhållande) uppnå gitterinriktning och eliminering av diamanter i mikrostrukturen.
Diamanter har unika biokemiska och visuella egenskaper, samt hög elasticitet och styrka. Dess extrema hållbarhet är en viktig källa till framsteg inom ultraprecisionsbearbetning (diamantsvarvningsteknik) och vägen till extrema tryck i intervallet hundratals GPa.
Kemisk ogenomtränglighet, visuell hållbarhet och biologisk aktivitet ökar designmöjligheterna för system som använder dessa funktionella egenskaper. Diamond har gjort sig ett namn inom mekatronik, optik, sensorer och datahantering.
För att möjliggöra deras tillämpning skapar limning av diamanter och deras mönster uppenbara problem. Reaktiv jonetsning (RIE), induktivt kopplad plasma (ICP) och elektronstråleinducerad etsning är exempel på existerande processsystem som använder etsningstekniker (EBIE).
Diamantstrukturer skapas också med bearbetningstekniker med laser och fokuserad jonstråle (FIB). Syftet med denna tillverkningsteknik är att påskynda delaminering samt att tillåta skalning över stora ytor i successiva produktionsstrukturer. Dessa processer använder flytande etsmedel (plasma, gaser och flytande lösningar), vilket begränsar den geometriska komplexiteten som kan uppnås.
Detta banbrytande arbete studerar materialablation genom generering av kemisk ånga och skapar polykristallin diamant med FeCoB (Fe:Co:B, 60:20:20 atomprocent) på ytan. Den största uppmärksamheten ägnas åt skapandet av TM-modeller för exakt etsning av meterskalastrukturer i diamanter. Den underliggande diamanten är bunden till den nanokristallina FeCoB genom värmebehandling vid 700 till 900°C i 30 till 90 minuter.
Ett intakt lager av ett diamantprov indikerar en underliggande polykristallin mikrostruktur. Råheten (Ra) inom varje speciell partikel var 3,84 ± 0,47 nm, och den totala ytråheten var 9,6 ± 1,2 nm. Grovheten (inom ett diamantkorn) hos det implanterade FeCoB-metallskiktet är 3,39 ± 0,26 nm, och skiktets höjd är 100 ± 10 nm.
Efter glödgning vid 800°C under 30 minuter ökade metallytans tjocklek till 600 ± 100 nm, och ytjämnheten (Ra) ökade till 224 ± 22 nm. Under glödgning diffunderar kolatomer in i FeCoB-skiktet, vilket resulterar i en ökning i storlek.
Tre prover med FeCoB-skikt 100 nm tjocka värmdes vid temperaturer på 700, 800 respektive 900°C. När temperaturområdet är under 700°C finns det ingen signifikant bindning mellan diamant och FeCoB, och mycket lite material avlägsnas efter hydrotermisk behandling. Materialavlägsnandet förbättras upp till temperaturer över 800 °C.
När temperaturen nådde 900°C ökade etsningshastigheten två gånger jämfört med temperaturen på 800°C. Emellertid är profilen för den etsade regionen mycket annorlunda än den för de implanterade etssekvenserna (FeCoB).
Schematisk bild som visar visualisering av ett solid state etsmedel för att skapa ett mönster: Spatialt selektiv solid state etsning av diamant med fotolitografiskt mönstrad FeCoB. Bildkredit: Van Z. och Shankar MR et al., Diamonds and Related Materials.
FeCoB-prover 100 nm tjocka på diamanter bearbetades vid 800°C under 30, 60 respektive 90 minuter.
Grovheten (Ra) för det graverade området bestämdes som en funktion av svarstiden vid 800°C. Hårdheten hos proverna efter glödgning under 30, 60 och 90 minuter var 186±28 nm, 203±26 nm respektive 212±30 nm. Med ett etsdjup på 500, 800 eller 100 nm är förhållandet (RD) mellan grovheten hos det graverade området och etsdjupet 0,372, 0,254 respektive 0,212.
Det etsade områdets grovhet ökar inte nämnvärt med ökande etsdjup. Det har visat sig att den temperatur som krävs för reaktionen mellan diamant och HM-etsmedel är över 700°C.
Resultaten av studien visar att FeCoB effektivt kan ta bort diamanter i mycket snabbare takt än antingen Fe eller Co ensam.
Posttid: 2023-aug-31