Une nouvelle étude publiée dans la revue Diamond and Related Materials se concentre sur la gravure du diamant polycristallin avec un agent de gravure FeCoB pour former des motifs.Grâce à ces innovations technologiques améliorées, les surfaces diamantées peuvent être obtenues sans dommage et avec moins de défauts.
Recherche : Gravure sélective spatiale du diamant à l'état solide à l'aide de FeCoB avec un motif photolithographique.Crédit image : Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
Grâce au processus de diffusion à l'état solide, les films nanocristallins FeCoB (Fe:Co:B=60:20:20, rapport atomique) peuvent atteindre le ciblage du réseau et l'élimination des diamants dans la microstructure.
Les diamants ont des qualités biochimiques et visuelles uniques, ainsi qu’une élasticité et une résistance élevées.Son extrême durabilité est une source importante de progrès dans l’usinage d’ultra précision (technologie de tournage diamant) et la voie vers des pressions extrêmes de l’ordre de plusieurs centaines de GPa.
L'imperméabilité chimique, la durabilité visuelle et l'activité biologique augmentent les possibilités de conception de systèmes utilisant ces qualités fonctionnelles.Diamond s'est fait un nom dans les domaines de la mécatronique, de l'optique, des capteurs et de la gestion des données.
Afin de permettre leur application, la liaison des diamants et leur motif créent des problèmes évidents.La gravure ionique réactive (RIE), le plasma à couplage inductif (ICP) et la gravure induite par faisceau d'électrons sont des exemples de systèmes de processus existants qui utilisent des techniques de gravure (EBIE).
Les structures en diamant sont également créées à l’aide de techniques de traitement au laser et à faisceau d’ions focalisé (FIB).Le but de cette technique de fabrication est d'accélérer le délaminage ainsi que de permettre une mise à l'échelle sur de grandes surfaces dans des structures de production successives.Ces procédés utilisent des agents de gravure liquides (plasma, gaz et solutions liquides), ce qui limite la complexité géométrique réalisable.
Ce travail révolutionnaire étudie l'ablation de matériaux par génération de vapeur chimique et crée un diamant polycristallin avec du FeCoB (Fe:Co:B, 60:20:20 pour cent atomique) à la surface.L'attention principale est portée à la création de modèles TM pour la gravure précise de structures métriques dans les diamants.Le diamant sous-jacent est lié au FeCoB nanocristallin par traitement thermique entre 700 et 900°C pendant 30 à 90 minutes.
Une couche intacte d'un échantillon de diamant indique une microstructure polycristalline sous-jacente.La rugosité (Ra) au sein de chaque particule particulière était de 3,84 ± 0,47 nm et la rugosité totale de la surface était de 9,6 ± 1,2 nm.La rugosité (à l'intérieur d'un grain de diamant) de la couche métallique FeCoB implantée est de 3,39 ± 0,26 nm et la hauteur de la couche est de 100 ± 10 nm.
Après un recuit à 800 ° C pendant 30 min, l'épaisseur de la surface métallique a augmenté jusqu'à 600 ± 100 nm et la rugosité de la surface (Ra) a augmenté jusqu'à 224 ± 22 nm.Lors du recuit, les atomes de carbone diffusent dans la couche de FeCoB, entraînant une augmentation de sa taille.
Trois échantillons comportant des couches de FeCoB de 100 nm d'épaisseur ont été chauffés à des températures de 700, 800 et 900°C, respectivement.Lorsque la plage de température est inférieure à 700°C, il n’y a pas de liaison significative entre le diamant et le FeCoB, et très peu de matière est éliminée après le traitement hydrothermique.L'enlèvement de matière est amélioré jusqu'à des températures supérieures à 800 °C.
Lorsque la température atteint 900°C, la vitesse de gravure augmente deux fois par rapport à la température de 800°C.Cependant, le profil de la région gravée est très différent de celui des séquences de gravure implantées (FeCoB).
Schéma montrant la visualisation d'un agent de gravure à l'état solide pour créer un motif : Gravure à l'état solide spatialement sélective du diamant à l'aide de FeCoB à motif photolithographique.Crédit image : Van Z. et Shankar MR et al., Diamonds and Related Materials.
Des échantillons de FeCoB de 100 nm d'épaisseur sur des diamants ont été traités à 800°C pendant 30, 60 et 90 minutes, respectivement.
La rugosité (Ra) de la zone gravée a été déterminée en fonction du temps de réponse à 800°C.La dureté des échantillons après un recuit de 30, 60 et 90 minutes était respectivement de 186 ± 28 nm, 203 ± 26 nm et 212 ± 30 nm.Avec une profondeur de gravure de 500, 800 ou 100 nm, le rapport (RD) de la rugosité de la zone gravée à la profondeur de gravure est respectivement de 0,372, 0,254 et 0,212.
La rugosité de la zone gravée n’augmente pas de manière significative avec l’augmentation de la profondeur de gravure.Il a été constaté que la température requise pour la réaction entre le diamant et l'agent de gravure HM dépasse 700°C.
Les résultats de l’étude montrent que le FeCoB peut éliminer efficacement les diamants à un rythme beaucoup plus rapide que le Fe ou le Co seuls.
Heure de publication : 31 août 2023