Diamanten worden vaak weergegeven in prachtige sieraden. Maar deze vaste vorm van koolstof staat ook bekend om zijn uitstekende fysieke en elektronische eigenschappen. In Japan, een samenwerking tussen onderzoekers van de Kanazawa University's Graduate School of Natural Science and Technology en AIST in Tsukuba, onder leiding van Ryo Yoshida, heeft waterdampgloeien gebruikt om hydroxyl-getermineerde diamantoppervlakken te vormen die atomair vlak zijn.

Diamant heeft veel eigenschappen die het aantrekkelijk maken voor toepassing in elektronische apparaten. Echter, diamant bevat defecten die op atomair niveau waarneembaar zijn en die unieke oppervlakte-eigenschappen creëren die van invloed zijn op hoe het in dergelijke apparaten kan worden toegepast.

Oppervlaktebeëindiging met behulp van zuurstof of waterstof stabiliseert de diamantstructuur. Op waterstof eindigende (H-getermineerde) diamantoppervlakken bevatten tweedimensionale gatengaslagen (2DHG) die werking bij hoge temperaturen en hoogspanning mogelijk maken. Zuurstof-beëindigde diamantoppervlakken worden gevormd door oppervlakteoxidatie van H-beëindigde oppervlakken, die koolstof-waterstof (C-H) bindingen en 2DHG verwijdert, "maar dit maakt het diamantoppervlak ruwer en leidt tot een verslechtering van de prestaties van apparaten, ", zegt Norio Tokuda van de Universiteit van Kanazawa.

Om dit te overwinnen, de onderzoekers pasten de waterdampgloeiing toe. Ze begonnen met (1 1 1)-georiënteerde hogedruk, hoge temperatuur synthetische monokristallijne diamant Ib en IIa substraten. Homoepitaxiale diamantfilms werden op de Ib-substraten gekweekt via microgolfplasma chemische dampafzetting (MPCVD). Om atomair vlakke H-eindigende oppervlakken te verkrijgen, de diamantmonsters werden blootgesteld aan H-plasma in de MPCVD-kamer. Om oppervlakken met hydroxyl-eindgroepen te vormen, de H-getermineerde diamantmonsters werden onderworpen aan gloeien met waterdamp. De gloeibehandeling vond plaats onder een atmosfeer van stikstof die door ultrapuur water in een kwartsbuis in een elektrische oven werd geborreld.

De resultaten gaven aan dat C-H-bindingen op het diamantoppervlak achterbleven tijdens waterdampgloeien onder 400°C; daarom, 2DHG werd gedetecteerd. "Echter, waterdampgloeien boven 500°C verwijderde C-H bindingen van het diamantoppervlak, " legt Yoshida uit, "aangevend op het verdwijnen van de 2DHG."

Dus, de resultaten geven aan dat gloeien met waterdamp 2DHG kan verwijderen terwijl de oppervlaktemorfologie van (1 1 1)-georiënteerde diamantoppervlakken behouden blijft. "Vergeleken met conventionele technieken om 2DHG te verwijderen, zoals natte chemische oxidatie, " zegt Tokuda, "waterdampgloeien biedt het voordeel dat het een atomair vlak oppervlak behoudt."