Нове дослідження в журналі Diamond and Related Materials зосереджено на травленні полікристалічного алмазу травилом FeCoB для формування візерунків. Завдяки цим вдосконаленим технологічним інноваціям алмазні поверхні можна отримати без пошкоджень і з меншою кількістю дефектів.
Дослідження: Просторове селективне травлення алмазу в твердому стані FeCoB з фотолітографічним малюнком. Кредит зображення: Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
Завдяки процесу дифузії в твердому тілі нанокристалічні плівки FeCoB (Fe:Co:B=60:20:20, атомне співвідношення) можуть досягти націлювання на решітку та усунення алмазів у мікроструктурі.
Діаманти мають унікальні біохімічні та візуальні якості, а також високу еластичність і міцність. Його надзвичайна довговічність є важливим джерелом прогресу в надточній обробці (технологія алмазного точіння) і шляху до екстремальних тисків у діапазоні сотень ГПа.
Хімічна непроникність, візуальна довговічність і біологічна активність збільшують конструктивні можливості систем, які використовують ці функціональні якості. Diamond зробив собі ім’я в галузі мехатроніки, оптики, датчиків і управління даними.
Для того, щоб уможливити їх застосування, склеювання алмазів і їх малюнок створюють очевидні проблеми. Реактивне іонне травлення (RIE), індуктивно зв’язана плазма (ICP) і індуковане променем електронів є прикладами існуючих технологічних систем, які використовують методи травлення (EBIE).
Алмазні структури також створюються за допомогою методів обробки лазером і сфокусованим іонним променем (FIB). Метою цієї техніки виготовлення є прискорення розшарування, а також можливість масштабування на великих площах у послідовних виробничих структурах. У цих процесах використовуються рідкі травилки (плазма, гази та рідкі розчини), що обмежує досяжну геометричну складність.
Ця новаторська робота вивчає абляцію матеріалу за допомогою хімічної пари та створює полікристалічний алмаз із FeCoB (Fe:Co:B, 60:20:20 атомних відсотків) на поверхні. Основна увага приділена створенню моделей ТМ для точного травлення метрових структур в алмазах. Алмаз, що лежить в основі, з’єднується з нанокристалічним FeCoB шляхом термічної обробки при 700–900°C протягом 30–90 хвилин.
Неушкоджений шар зразка алмазу вказує на наявність під ним полікристалічної мікроструктури. Шорсткість (Ra) кожної конкретної частинки становила 3,84 ± 0,47 нм, а загальна шорсткість поверхні становила 9,6 ± 1,2 нм. Шорсткість (в межах одного алмазного зерна) імплантованого шару металу FeCoB становить 3,39 ± 0,26 нм, а висота шару – 100 ± 10 нм.
Після відпалу при 800°C протягом 30 хв товщина поверхні металу зросла до 600 ± 100 нм, а шорсткість поверхні (Ra) збільшилася до 224 ± 22 нм. Під час відпалу атоми вуглецю дифундують у шар FeCoB, що призводить до збільшення розміру.
Три зразки з шарами FeCoB товщиною 100 нм нагрівали при температурах 700, 800 і 900 °C відповідно. Коли діапазон температур нижче 700°C, між алмазом і FeCoB не виникає значного зв’язку, і після гідротермічної обробки видаляється дуже мало матеріалу. Видалення матеріалу покращується до температур вище 800 °C.
При досягненні температури 900°C швидкість травлення зросла вдвічі порівняно з температурою 800°C. Однак профіль витравленої області дуже відрізняється від профілю імплантованих послідовностей протравлення (FeCoB).
Схема, яка демонструє візуалізацію твердотільного травника для створення візерунка: просторово-селективне твердотільний травлення алмазу за допомогою фотолітографічного візерунка FeCoB. Кредит зображення: Ван З. і Шанкар М. Р. та ін., Алмази та супутні матеріали.
Зразки FeCoB товщиною 100 нм на алмазах обробляли при 800°C протягом 30, 60 і 90 хвилин відповідно.
Шорсткість (Ra) вигравіруваної області визначали як функцію часу відгуку при 800°C. Твердість зразків після відпалу протягом 30, 60 та 90 хвилин становила відповідно 186±28 нм, 203±26 нм та 212±30 нм. При глибині травлення 500, 800 або 100 нм відношення (RD) шорсткості вигравіруваної ділянки до глибини травлення становить 0,372, 0,254 і 0,212 відповідно.
Шорсткість протравленої ділянки значно не збільшується зі збільшенням глибини травлення. Було встановлено, що температура, необхідна для реакції між алмазом і травилом HM, перевищує 700 °C.
Результати дослідження показують, що FeCoB може ефективно видаляти алмази набагато швидше, ніж Fe або Co окремо.
Час публікації: 31 серпня 2023 р