Nowe badanie opublikowane w czasopiśmie Diamond and Associates skupia się na trawieniu polikrystalicznego diamentu za pomocą środka trawiącego FeCoB w celu utworzenia wzorów.W wyniku tych udoskonalonych innowacji technologicznych można uzyskać powierzchnie diamentów bez uszkodzeń i z mniejszą liczbą defektów.
Badania: Przestrzenne selektywne trawienie diamentu w stanie stałym przy użyciu FeCoB z wzorem fotolitograficznym.Źródło zdjęcia: Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
Dzięki procesowi dyfuzji w stanie stałym folie nanokrystaliczne FeCoB (Fe:Co:B = 60:20:20, stosunek atomowy) mogą osiągnąć celowanie w siatkę i wyeliminować diamenty w mikrostrukturze.
Diamenty charakteryzują się wyjątkowymi właściwościami biochemicznymi i wizualnymi, a także dużą elastycznością i wytrzymałością.Jego ekstremalna trwałość jest ważnym źródłem postępu w ultraprecyzyjnej obróbce (technologia toczenia diamentowego) i drogą do ekstremalnych ciśnień w zakresie setek GPa.
Nieprzepuszczalność chemiczna, trwałość wizualna i aktywność biologiczna zwiększają możliwości projektowania systemów wykorzystujących te cechy funkcjonalne.Firma Diamond zyskała sławę w dziedzinie mechatroniki, optyki, czujników i zarządzania danymi.
Aby umożliwić ich zastosowanie, spajanie diamentów i ich wzór stwarzają oczywiste problemy.Reaktywne trawienie jonowe (RIE), plazma sprzężona indukcyjnie (ICP) i trawienie indukowane wiązką elektronów to przykłady istniejących systemów procesowych wykorzystujących techniki trawienia (EBIE).
Struktury diamentowe są również tworzone przy użyciu technik obróbki laserowej i skupionej wiązki jonów (FIB).Celem tej techniki wytwarzania jest przyspieszenie rozwarstwiania, a także umożliwienie skalowania na dużych obszarach w kolejnych strukturach produkcyjnych.W procesach tych wykorzystuje się płynne środki trawiące (plazmę, gazy i roztwory ciekłe), co ogranicza możliwą do osiągnięcia złożoność geometryczną.
W ramach tej przełomowej pracy bada się ablację materiału poprzez wytwarzanie pary chemicznej i tworzy polikrystaliczny diament z FeCoB (Fe:Co:B, 60:20:20 procent atomowych) na powierzchni.Główną uwagę poświęcono tworzeniu modeli TM do precyzyjnego trawienia w diamentach struktur o skali metrowej.Znajdujący się pod spodem diament jest łączony z nanokrystalicznym FeCoB poprzez obróbkę cieplną w temperaturze 700–900°C przez 30–90 minut.
Nienaruszona warstwa próbki diamentu wskazuje na leżącą u jej podstaw mikrostrukturę polikrystaliczną.Chropowatość (Ra) w obrębie każdej poszczególnej cząstki wynosiła 3,84 ± 0,47 nm, a całkowita chropowatość powierzchni wynosiła 9,6 ± 1,2 nm.Chropowatość (w obrębie jednego ziarna diamentu) wszczepionej warstwy metalu FeCoB wynosi 3,39 ± 0,26 nm, a wysokość warstwy 100 ± 10 nm.
Po wyżarzeniu w temperaturze 800°C przez 30 min grubość powierzchni metalu wzrosła do 600 ± 100 nm, a chropowatość powierzchni (Ra) wzrosła do 224 ± 22 nm.Podczas wyżarzania atomy węgla dyfundują do warstwy FeCoB, powodując wzrost jej rozmiaru.
Trzy próbki z warstwami FeCoB o grubości 100 nm ogrzewano odpowiednio w temperaturach 700, 800 i 900°C.Gdy zakres temperatur jest niższy niż 700°C, nie ma znaczącego wiązania pomiędzy diamentem i FeCoB, a po obróbce hydrotermalnej usuwana jest bardzo mała ilość materiału.Usuwanie materiału jest lepsze do temperatur powyżej 800°C.
Gdy temperatura osiągnęła 900°C, szybkość trawienia wzrosła dwukrotnie w porównaniu z temperaturą 800°C.Jednakże profil wytrawionego regionu bardzo różni się od profilu wszczepionych sekwencji trawiących (FeCoB).
Schemat przedstawiający wizualizację środka trawiącego w stanie stałym w celu utworzenia wzoru: Selektywne przestrzennie trawienie diamentu w stanie stałym przy użyciu FeCoB z fotolitograficznym wzorem.Zdjęcie: Van Z. i Shankar MR i in., Diamenty i materiały pokrewne.
Próbki FeCoB o grubości 100 nm na diamentach poddano obróbce w temperaturze 800°C odpowiednio przez 30, 60 i 90 minut.
Chropowatość (Ra) wygrawerowanego obszaru określono jako funkcję czasu reakcji w temperaturze 800°C.Twardość próbek po wyżarzeniu przez 30, 60 i 90 minut wynosiła odpowiednio 186±28 nm, 203±26 nm i 212±30 nm.Przy głębokości trawienia 500, 800 lub 100 nm stosunek (RD) chropowatości grawerowanego obszaru do głębokości trawienia wynosi odpowiednio 0,372, 0,254 i 0,212.
Chropowatość wytrawionego obszaru nie wzrasta znacząco wraz ze wzrostem głębokości wytrawiania.Stwierdzono, że temperatura wymagana do reakcji pomiędzy diamentem a środkiem trawiącym HM przekracza 700°C.
Wyniki badania pokazują, że FeCoB może skutecznie usuwać diamenty w znacznie szybszym tempie niż sam Fe lub Co.
Czas publikacji: 31 sierpnia 2023 r