מחקר חדש בכתב העת Diamond and Related Materials מתמקד בתחריט של יהלום פולי-גבישי עם תחריט FeCoB ליצירת דפוסים.כתוצאה מחידושים טכנולוגיים משופרים אלו, ניתן להשיג משטחי יהלום ללא נזק ועם פחות פגמים.
מחקר: תחריט סלקטיבי מרחבי של יהלום במצב מוצק באמצעות FeCoB עם דפוס פוטוליטוגרפי.קרדיט תמונה: Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
באמצעות תהליך הדיפוזיה במצב מוצק, סרטים ננו-גבישיים של FeCoB (Fe:Co:B=60:20:20, יחס אטומי) יכולים להשיג מיקוד סריג וחיסול יהלומים במבנה המיקרו.
ליהלומים יש איכויות ביוכימיות וויזואליות ייחודיות, כמו גם גמישות וחוזק גבוהים.עמידותו הקיצונית מהווה מקור חשוב להתקדמות בעיבוד שבבי דיוק במיוחד (טכנולוגיית חרטת יהלומים) והדרך ללחצים קיצוניים בטווח של מאות GPa.
אטימות כימית, עמידות ויזואלית ופעילות ביולוגית מגדילות את אפשרויות התכנון של מערכות המשתמשות באיכויות פונקציונליות אלו.יהלום עשתה לעצמה שם בתחומי מכטרוניקה, אופטיקה, חיישנים וניהול נתונים.
על מנת לאפשר את היישום שלהם, הדבקה של יהלומים והדפוס שלהם יוצרים בעיות ברורות.תחריט יונים תגובתיים (RIE), פלזמה משולבת אינדוקטיבית (ICP) ותחריט המושרה בקרן אלקטרונים הם דוגמאות למערכות תהליכיות קיימות המשתמשות בטכניקות תחריט (EBIE).
מבני יהלום נוצרים גם באמצעות טכניקות עיבוד לייזר וקרן יונים ממוקדת (FIB).המטרה של טכניקת ייצור זו היא להאיץ את הדלמינציה וכן לאפשר קנה מידה על פני שטחים גדולים במבני ייצור עוקבים.תהליכים אלה משתמשים בחומרי צריבה נוזליים (פלזמה, גזים ותמיסות נוזליות), מה שמגביל את המורכבות הגיאומטרית הניתנת להשגה.
עבודה פורצת דרך זו חוקרת אבלציה של חומרים על ידי יצירת אדים כימיים ויוצרת יהלום פולי-גבישי עם FeCoB (Fe:Co:B, 60:20:20 אחוז אטומי) על פני השטח.עיקר תשומת הלב מוקדשת ליצירת דגמי TM לחריטה מדויקת של מבנים בקנה מידה מטר ביהלומים.היהלום הבסיסי נקשר ל-FeCoB הננו-גבישי על ידי טיפול בחום ב-700 עד 900 מעלות צלזיוס למשך 30 עד 90 דקות.
שכבה שלמה של דגימת יהלום מצביעה על מבנה מיקרו-גבישי בסיסי.החספוס (Ra) בתוך כל חלקיק מסוים היה 3.84 ± 0.47 ננומטר, וחספוס פני השטח הכולל היה 9.6 ± 1.2 ננומטר.החספוס (בתוך גרגר יהלום אחד) של שכבת מתכת FeCoB המושתלת הוא 3.39 ± 0.26 ננומטר, וגובה השכבה הוא 100 ± 10 ננומטר.
לאחר חישול ב-800 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות, עובי פני המתכת גדל ל-600 ± 100 ננומטר, וחספוס פני השטח (Ra) גדל ל-224 ± 22 ננומטר.במהלך חישול, אטומי פחמן מתפזרים לתוך שכבת FeCoB, וכתוצאה מכך עלייה בגודל.
שלוש דגימות עם שכבות FeCoB בעובי 100 ננומטר חוממו בטמפרטורות של 700, 800 ו-900 מעלות צלזיוס, בהתאמה.כאשר טווח הטמפרטורות הוא מתחת ל-700 מעלות צלזיוס, אין קשר משמעותי בין יהלום ל-FeCoB, ומעט מאוד חומר מוסר לאחר טיפול הידרותרמי.הסרת החומר משופרת עד לטמפרטורות מעל 800 מעלות צלזיוס.
כאשר הטמפרטורה הגיעה ל-900 מעלות צלזיוס, קצב התחריט עלה פעמיים בהשוואה לטמפרטורה של 800 מעלות צלזיוס.עם זאת, הפרופיל של האזור החרוט שונה מאוד מזה של רצפי הצריבה המושתלים (FeCoB).
סכמטי המראה הדמיה של חומר מוצק ליצירת דפוס: תחריט מצב מוצק סלקטיבי מרחבית של יהלום באמצעות FeCoB בדוגמת פוטוליטוגרפית.קרדיט תמונה: Van Z. and Shankar MR וחב', Diamonds and Related Materials.
דגימות FeCoB בעובי 100 ננומטר על יהלומים עובדו ב-800 מעלות צלזיוס למשך 30, 60 ו-90 דקות, בהתאמה.
החספוס (Ra) של האזור החרוט נקבע כפונקציה של זמן התגובה ב-800 מעלות צלזיוס.הקשיות של הדגימות לאחר חישול במשך 30, 60 ו-90 דקות הייתה 186±28 ננומטר, 203±26 ננומטר ו-212±30 ננומטר, בהתאמה.עם עומק חריטה של 500, 800 או 100 ננומטר, היחס (RD) בין החספוס של האזור החרוט לעומק הצריבה הוא 0.372, 0.254 ו-0.212, בהתאמה.
החספוס של האזור החרוט אינו עולה באופן משמעותי עם הגדלת עומק הצריבה.נמצא כי הטמפרטורה הנדרשת לתגובה בין יהלום לתחריט HM היא מעל 700 מעלות צלזיוס.
תוצאות המחקר מראות כי FeCoB יכול להסיר יהלומים ביעילות בקצב מהיר הרבה יותר מאשר Fe או Co בלבד.
זמן פרסום: 31 באוגוסט 2023