Het vermogen om nanostructuren op het oppervlak van diamant te etsen zal naar verwachting een breed scala aan potentiële toepassingen hebben, maar tot nu toe was het etsen en modelleren van diamant op nanoschaal een uitdaging, aangezien diamant zeer chemisch inert is (niet-reactief). In een nieuwe studie, onderzoekers hebben een techniek onderzocht waarbij een elektronenstraal wordt gebruikt voor het nanopatroon van diamant, met de resultaten die nieuw inzicht bieden in opkomende nanofabricageprocessen.

De onderzoekers, James Bisschop et al., aan de Technische Universiteit Sydney in Sydney, Australië, hebben een artikel gepubliceerd over de nanopatronen en het etsen van diamant in een recent nummer van ACS Nano .

In hun werk, de onderzoekers onderzochten een techniek die gasgemedieerd door elektronenbundels geïnduceerd etsen wordt genoemd. De methode vereist geen masker- of resistlaag en maakt gebruik van bestraling met elektronenstralen in aanwezigheid van reactieve gassen om diamant en andere materialen direct te etsen met een ruimtelijke resolutie van wel 10 nanometer. Het vermijdt ook de resterende schade die gepaard gaat met fysieke etstechnieken zoals een gefocusseerde ionenstraal of reactief ionenetsen, waardoor etsen mogelijk is met minimale schade aan het onderliggende materiaal.

Tot dusver, het meeste werk met deze methode heeft aangetoond dat etsen uniform lijken, of isotroop. Echter, om gewenste patronen te creëren of bepaalde kristalvlakken selectief bloot te leggen, het wordt noodzakelijk om selectief te etsen in verschillende oriëntaties, wat anisotroop etsen wordt genoemd.

Met behulp van een combinatie van experimentele en computationele technieken, de onderzoekers ontdekten dat zuurstof- en waterstofgassen verschillende rollen spelen in het etsproces. Vooral, zuurstof veroorzaakt snelle, efficiënt en isotroop etsen, terwijl de toevoeging van waterstof de etssnelheid van bepaalde kristalvlakken meer vertraagt ​​dan andere, anisotroop etsen mogelijk maken. Anisotroop etsen wordt al lang gebruikt met andere materialen zoals silicium en galliumnitride om micro/nano-structuren te creëren met bijna perfecte symmetrie en ultragladde kristalvlakken. Dit nieuwe werk belicht een methode om mogelijk vergelijkbare resultaten met diamant te bereiken.

De onderzoekers vonden dat, naarmate er meer waterstofgas aan het systeem wordt toegevoegd, Er ontstaan ​​patronen waarvan de kenmerken zijn uitgelijnd met de kristalrichtingen van het diamantrooster. De wetenschappers leggen uit dat deze patronen worden veroorzaakt door de preferentiële passivering van bepaalde kristalvlakken door waterstof boven andere. De onderzoekers toonden ook aan dat het mogelijk is om de anisotropie te beheersen door de hoeveelheid waterstof te beheersen, en bijgevolg, om de geometrieën van de oppervlaktepatronen te manipuleren. Hierdoor konden de onderzoekers een gedetailleerd model maken van de etskinetiek, die toekomstige droge etch-nanofabricageprocessen voor diamant zouden moeten vereenvoudigen en de fabricage van voorheen onhoudbare structuren mogelijk moeten maken.

"Het belangrijkste resultaat van het werk is de controle over etsanisotropie die het mogelijk maakt, "Bisschop vertelde Phys.org. "Isotopisch etsen is nuttig voor het etsen van willekeurig gevormde structuren. Anisotroop etsen is nuttig voor het maken van structuren met ultragladde oppervlakken en bijna perfecte symmetrieën die worden gedefinieerd door de kinetiek van de anisotrope etsreactie. Met door elektronenbundels geïnduceerd etsen met behulp van zuurstof kunnen we isotroop etsen met hoge snelheid verkrijgen, en door waterstof te mengen, bereiken zeer anisotroop etsen van diamant."

Het vermogen om controleerbaar nanopatronen te etsen en bepaalde kristalvlakken op het oppervlak van diamant selectief bloot te leggen en glad te strijken, heeft een breed scala aan potentiële toepassingen. Verschillende nanopatronen en nanostructuren kunnen, bijvoorbeeld, de groei van neuronen op diamantoppervlakken versnellen voor biosensing-toepassingen, evenals verbetering van lichtextractie voor fotonische toepassingen. Diamond wordt ook onderzocht voor zijn mogelijke toepassingen voor high-power elektronica, elektrochemie, en katalyse, die allemaal kunnen profiteren van een eenvoudige, nanopatroonmethode met hoge resolutie.

© 2018 Fys.org