Diamond and İlgili Malzemeler dergisindeki yeni bir çalışma, desen oluşturmak için çok kristalli elmasın FeCoB dağlayıcıyla aşındırılmasına odaklanıyor.Gelişen bu teknolojik yenilikler sonucunda elmas yüzeyler zarar görmeden ve daha az kusurla elde edilebilmektedir.
Araştırma: Fotolitografik desenle FeCoB kullanılarak katı haldeki elmasın mekansal seçici aşındırılması.Resim kredisi: Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
Katı hal difüzyon süreci sayesinde, FeCoB nanokristal filmleri (Fe:Co:B=60:20:20, atom oranı), mikro yapıdaki elmasların kafes hedeflemesini ve ortadan kaldırılmasını sağlayabilir.
Elmaslar benzersiz biyokimyasal ve görsel niteliklerin yanı sıra yüksek elastikiyet ve dayanıklılığa da sahiptir.Aşırı dayanıklılığı, ultra hassas işlemede (elmas tornalama teknolojisi) önemli bir ilerleme kaynağıdır ve yüzlerce GPa aralığında aşırı basınçlara giden yoldur.
Kimyasal geçirimsizlik, görsel dayanıklılık ve biyolojik aktivite, bu fonksiyonel nitelikleri kullanan sistemlerin tasarım olanaklarını arttırmaktadır.Diamond mekatronik, optik, sensörler ve veri yönetimi alanlarında adından söz ettiriyor.
Uygulanabilmesi için elmasların yapıştırılması ve deseni bariz problemler yaratmaktadır.Reaktif iyon aşındırma (RIE), endüktif olarak eşleşmiş plazma (ICP) ve elektron ışınıyla indüklenen aşındırma, aşındırma tekniklerini (EBIE) kullanan mevcut işlem sistemlerinin örnekleridir.
Elmas yapılar aynı zamanda lazer ve odaklanmış iyon ışını (FIB) işleme teknikleri kullanılarak da oluşturulur.Bu üretim tekniğinin amacı, katmanlara ayrılmayı hızlandırmanın yanı sıra ardışık üretim yapılarında geniş alanlar üzerinde ölçeklendirmeye olanak sağlamaktır.Bu işlemlerde, elde edilebilecek geometrik karmaşıklığı sınırlayan sıvı dağlayıcılar (plazma, gazlar ve sıvı çözeltiler) kullanılır.
Bu çığır açan çalışma, kimyasal buhar üretimi yoluyla malzeme ablasyonunu araştırıyor ve yüzeyinde FeCoB (Fe:Co:B, 60:20:20 atomik yüzde) içeren çok kristalli elmas yaratıyor.Elmaslardaki metre ölçekli yapıların hassas bir şekilde aşındırılması için TM modellerinin oluşturulmasına asıl dikkat gösterilmektedir.Alttaki elmas, 700 ila 900°C'de 30 ila 90 dakika boyunca ısıl işlemle nanokristalin FeCoB'ye bağlanır.
Bir elmas örneğinin sağlam bir katmanı, altta yatan çok kristalli bir mikro yapıya işaret eder.Her bir parçacık içindeki pürüzlülük (Ra) 3,84 ± 0,47 nm ve toplam yüzey pürüzlülüğü 9,6 ± 1,2 nm idi.İmplante edilen FeCoB metal katmanının pürüzlülüğü (bir elmas tanesi içinde) 3,39 ± 0,26 nm ve katman yüksekliği 100 ± 10 nm'dir.
800°C'de 30 dakika tavlamanın ardından metal yüzey kalınlığı 600 ± 100 nm'ye, yüzey pürüzlülüğü (Ra) 224 ± 22 nm'ye yükseldi.Tavlama sırasında karbon atomları FeCoB katmanına yayılır ve bu da boyutta bir artışa neden olur.
100 nm kalınlığında FeCoB katmanlarına sahip üç numune sırasıyla 700, 800 ve 900°C sıcaklıklarda ısıtıldı.Sıcaklık aralığı 700°C'nin altında olduğunda elmas ile FeCoB arasında önemli bir bağ olmaz ve hidrotermal işlemden sonra çok az malzeme çıkarılır.Talaş kaldırma işlemi 800 °C'nin üzerindeki sıcaklıklara kadar arttırılır.
Sıcaklık 900°C'ye ulaştığında aşındırma hızı 800°C'ye göre iki kat arttı.Ancak aşındırılmış bölgenin profili implante edilmiş aşındırma dizilerinden (FeCoB) çok farklıdır.
Bir desen oluşturmak için katı hal aşındırıcısının görselleştirilmesini gösteren şematik: Fotolitografik olarak desenlendirilmiş FeCoB kullanılarak elmasın mekansal olarak seçici katı hal aşındırılması.Resim kredisi: Van Z. ve Shankar MR ve diğerleri, Elmaslar ve İlgili Malzemeler.
Elmaslar üzerinde 100 nm kalınlığındaki FeCoB numuneleri 800°C'de sırasıyla 30, 60 ve 90 dakika süreyle işlendi.
Oyulmuş alanın pürüzlülüğü (Ra), 800°C'deki tepki süresinin bir fonksiyonu olarak belirlendi.Numunelerin 30, 60 ve 90 dakika tavlama sonrasında sertliği sırasıyla 186±28 nm, 203±26 nm ve 212±30 nm olarak belirlendi.500, 800 veya 100 nm'lik bir aşındırma derinliği ile, oyulmuş alanın pürüzlülüğünün aşındırma derinliğine oranı (RD) sırasıyla 0,372, 0,254 ve 0,212'dir.
Kazınmış alanın pürüzlülüğü, aşındırma derinliğinin artmasıyla önemli ölçüde artmaz.Elmas ve HM dağlayıcı arasındaki reaksiyon için gereken sıcaklığın 700°C'nin üzerinde olduğu bulunmuştur.
Çalışmanın sonuçları, FeCoB'un elmasları tek başına Fe veya Co'dan çok daha hızlı ve etkili bir şekilde çıkarabildiğini gösteriyor.
Gönderim zamanı: Ağu-31-2023