Эффект Марчивки
 | Эта статья может сбивать с толку или быть непонятной читателям . ( июнь 2009 г. ) |
Эффект Марчивки [2] [3] относится к электрохимической очистке алмаза с помощью электрического поля, наведенного выносными электродами.
Открытие и развитие
[ редактировать ]Впервые его случайно заметил Майк Марчивка. [1] пытаясь найти селективный способ травления неалмазного углерода и изготовления простых астрономических устройств для обнаружения УФ-излучения. [4] Этим устройствам требовалось несколько специфических функций, таких как чистые поверхности и участки с рисунком из неалмазного углерода, но впоследствии этот подход был изучен как более общее средство для заделки углеродных поверхностей, а также выборочной очистки и травления различных других материалов или структур. Термин «эффект Марчивки» не используется последовательно, иногда используется термин «биполярная обработка поверхности». [5] поскольку подложка становится биполярным электродом . [6] Также могут использоваться различные фразы, такие как «бесконтактный электрохимический» процесс (см. любые ссылки, цитированные здесь), или его можно упомянуть просто как «электрохимическое травление». [7] [8]
Хотя его легко спутать с различными обычными электрохимическими элементами и может показаться тривиальным и очевидным расширением хорошо известных методов, недавние патенты [9] продолжать ссылаться на предыдущую работу [10] это указывает на бесконтактность как на особенность. Использование среды с низкой проводимостью, использованной в оригинальной статье Марчивки и др. [4] иногда отмечается при его использовании и может привести к новым эффектам. [11] [12] Аппарат для создания эффекта аналогичен известной системе электропорации , за исключением того, что биологический образец заменяется неорганическим субстратом. [4] хотя в некоторых случаях органические пленки можно травить с помощью этого процесса, используя раствор поверхностно-активного вещества в качестве электролита .
Поверхностные эффекты
[ редактировать ]
Поскольку это «бесконтактный» процесс, эффект отличается от традиционных электрохимических процессов, в которых поток носителей через поверхность достигается за счет подключения к источнику тока с высокопроводящими материалами, такими как медная проволока. Материалы, контактирующие с анодом, можно модифицировать различными способами, включая анодирование и электрополировку . Электрохимия была быстро признана важной смежной областью в популярной прессе после того, как были созданы первые синтетические алмазы. [14] Однако использование индуцированного поля, создаваемого выносными электродами, позволяет очищать, модифицировать или травить прерывистые участки на изолирующей подложке (аналогично электротравлению ), что значительно расширяет роль электрохимических методов.
Предполагается, что этот механизм обусловлен индуцированным полем, но исчерпывающего анализа было проведено мало, поскольку реальные процессы, по-видимому, не отличаются от традиционных подходов. Например, «идентифицированный в литературе как «эффект Марчивки». Травление может быть вызвано гальванической связью алмаза и неалмазного углерода». [15] Приложенное поле, по-видимому, создает направленные модификации поверхности полированных алмазов с незначительным удалением материала или без него. Это может быть желательно для изготовления различных устройств или просто изучения свойств поверхности алмаза. Индуцированное поле осаждает или заменяет один слой некоторой молекулы, и это можно рассматривать как метод однослойного гальванического покрытия . Более полно оно раскрыто во многих работах. [16] [17]
Ранее связанные подходы
[ редактировать ]
Существует множество предшествующих технологий подготовки широкозонных алмазов для использования в электронных устройствах или в качестве подложки для выращивания монокристаллических алмазов. Более стабильные формы углерода имеют меньшие щели и другую кристаллическую структуру, и их присутствие необходимо тщательно контролировать. Эффект Марчивки был охарактеризован и сравнен с альтернативными способами создания желаемой поверхности для нескольких применений.
Удаление неалмазного углерода с помощью влажных химикатов осуществлялось кипячением в смесях серной и хромовой кислот . При нанесении на алмазную подложку с профилем повреждения при ионной имплантации , которая может использоваться в фундаментальных науках, выращивании кристаллов или изготовлении устройств, [18] [19] электрохимический подход облегчает сохранение тонкой пленки менее поврежденного алмаза, лежащей выше области имплантации, и он использовался в экспериментах по отжигу для фиксации алмаза после того, как произошло повреждение при имплантации. [20] В некоторых случаях термоциклирование может быть проблемой, и может быть важна селективность к различным маскам, поэтому более низкие температуры и более гибкий химический состав могут иметь преимущества по сравнению с предшествующим уровнем техники.
Метод не требует использования нелетучих материалов. [ нужна ссылка ] например, хром, что, возможно, снижает проблемы загрязнения в некоторых приложениях. Возможность контролировать направление и скорость травления с помощью приложенного напряжения или конфигурации электродов, как и при электрохимической обработке , дает дополнительные возможности, недоступные при использовании только изотропных химических подходов. Методы сухой обработки, такие как горячий кислород или плазма, также могут сжечь графит быстрее, чем алмаз, как и простая ацетиленовая горелка . Они требуют более высоких температур и не обладают такой высокой селективностью, которая может быть достигнута с помощью электрохимического подхода. [21]
Окончание поверхности часто является проблемой как для твердотельных, так и для вакуумных устройств, и детали окончательной структуры поверхностных полос сравниваются с альтернативами в различных структурах устройств. [22] [23]
Приложения
[ редактировать ]Хотя первоначальная попытка не привела к созданию полезных продуктов, последующая работа в Европе все же позволила создать пригодные для использования астрономические детекторы. [24] [25] но без явного использования этой технологии. Однако в других областях этот подход кажется конкурентоспособным, поскольку существует предшествующий уровень техники для изготовления различных конечных продуктов, поскольку он использовался в качестве этапа изготовления экспериментальных устройств и структур. Многие группы использовали этот подход для выращивания гомоэпитаксиального алмаза. [ нужна ссылка ] и впоследствии выпустить тонкие пленки с помощью различных процессов «отрыва». [26]
Это также рассматривалось в таких контекстах, как углеродных микроэлектромеханических систем. производство [27] [28] и применение различных материалов, например, бесконтактного палладия [6] [29] отложение и расширение. [9] Не цитируя оригинальную статью Марчивки и др., они продолжают ссылаться на бесконтактность как на особенность.«Узел электродов и проводящая поверхность могут быть расположены в непосредственной близости друг от друга, но не контактируя друг с другом». [9] ссылается на гораздо более ранний патент [10] охватывающее попытки достижения бесконтактного электротравления: «Настоящее изобретение относится к способу и устройству для электрохимической обработки металлических поверхностей заготовок, расположенных бесконтактным образом по отношению к катоду и аноду [...]». " [4]
Этот эффект был упомянут вскользь в отношении новых устройств, таких каккак квантовые когерентные устройства [30] в то время как патенты на новые способы использования аморфного углерода [31] [32] иалмазные теплопроводники [33] производители электронных чипов высокой плотности ссылаются на соответствующую технологию отрыва.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Патент США № 5269890.
- ^ Пан, Л.С.; Кания ДР (1995). «Алмаз: электронные свойства и применение», стр. 43 (Springer) ISBN 0-7923-9524-7 , ISBN 978-0-7923-9524-9
- ^ Пиртон, SJ (2000). «Широкозонные полупроводники: рост, обработка и применение» стр. 525. (Уильям Эндрю Инк.); ISBN 0-8155-1439-5 , ISBN 978-0-8155-1439-8
- ^ Перейти обратно: а б с д Марчивка, MJ; Перссон, ЧП; Бинари, Южная Каролина; Моисей, диджей (февраль 1993 г.). «Электрохимическое формирование рисунка аморфного углерода на алмазе». Журнал Электрохимического общества . 140 (2): Л19–Л22. Бибкод : 1993JElS..140L..19M . дои : 10.1149/1.2221093 . полный текст
- ^ Плесков, Ю.В. "Электрохимия алмаза" в Алкире, РЦ; Колб, редактор DM (2003). Достижения в области электрохимической науки и техники, стр. 224 (Wiley-VCH). ISBN 3527302115 , ISBN 978-3-527-30211-6
- ^ Перейти обратно: а б Брэдли, Джей Си; Ма, З (1999). «Бесконтактное электроосаждение палладиевых катализаторов» (PDF) . Энджью. хим. Межд. Эд. англ . 38 (11): 1663–1666. doi : 10.1002/(SICI)1521-3773(19990601)38:11<1663::AID-ANIE1663>3.0.CO;2-C . ПМИД 29710991 . Архивировано из оригинала (PDF) 12 июня 2009 г.
- ^ Джагер, доктор медицины; и др., др; Дэй, АР; Торп, МФ; Голдинг, Б. (11 мая 1998 г.). «Удельное сопротивление микрокристаллов алмаза, легированного бором» (PDF) . Письма по прикладной физике . 72 (19): 2445. Бибкод : 1998ApPhL..72.2445J . дои : 10.1063/1.121680 .
- ^ Д'Эвелин М.П. «Поверхностные свойства алмаза» вПрелас, Поповичи, изд. Бигелоу (1997). Справочник по техническим алмазам и алмазным пленкам (CRC Press). ISBN 0824799941 , ISBN 978-0-8247-9994-6
- ^ Перейти обратно: а б с Патент США № 7435324.
- ^ Перейти обратно: а б Патент США № 4153531.
- ^ Брэдли, Джей Си; и др., др; Кроуфорд, Джеффри; Эккерт, Дженнифер; Эрназарова, Карима; Курзея, Томас; Лин, Мудуо; МакГи, Майкл; и др. (18 сентября 1997 г.). «Создание электрических контактов между металлическими частицами с помощью направленного электрохимического роста». Природа . 389 (6648): 268–271. Бибкод : 1997Natur.389..268B . дои : 10.1038/38464 . S2CID 4329476 .
- ^ Флейшманн, Мартин; Горогчян, Джамал; Ролисон, Дебра; Понс, Стэнли (18 сентября 1986 г.). «Электрохимическое диспергирование сферических ультрамикроэлектродов» . Дж. Физ. Хим . 90 (23): 6392–6400. дои : 10.1021/j100281a065 . Архивировано из оригинала 23 сентября 2017 года.
- ^ Перейти обратно: а б Марчивка, MJ; Перссон, ЧП; Моисей, Д; Перссон, ЧП; Моисей, диджей (май 1993 г.). «Электрохимическое формирование рисунка аморфного углерода на алмазе». . В Диисмукесе; Рави; Копье (ред.). Труды Электрохимического общества . Гонолулу: ECS. стр. 626–631. ISBN 9781566770606 .
- ^ Кемпферт, W (22 мая 1955 г.). «Высокие давления и высокие температуры открывают новый мир в электрохимии» . Нью-Йорк Таймс : E9.
- ^ Рамешам, Р. (март 1998 г.). «Влияние отжига и обработки водородной плазмой на вольтамперометрические и импедансные характеристики алмазного электрода». Тонкие твердые пленки . 315 (2): 222–228. Бибкод : 1998TSF...315..222R . дои : 10.1016/S0040-6090(97)00592-0 .
- ^ Перейти обратно: а б с Перссон, ЧП; Лонг, JP; Марчивка, MJ; Батлер, Дж. Э. (декабрь 1995 г.). «Электрохимически индуцированная химия поверхности и отрицательное сродство к электрону алмаза (100)» . Прил. Физ. Летт . 67 (23): 3414. Бибкод : 1995ApPhL..67.3414P . дои : 10.1063/1.115264 . Архивировано из оригинала 23 февраля 2013 г. Проверено 5 мая 2019 г. полный текст. Архивировано 15 февраля 2010 г. в Wayback Machine.
- ^ Шунериц, Сабина; Букерруб, Рабах (2008). «Различные стратегии функционализации алмазных поверхностей». J Электрохимия твердого тела . 12 (10): 1205–1218. дои : 10.1007/s10008-007-0473-3 . S2CID 97309631 .
- ^ Принс, Дж. Ф. (2003). «Ионная имплантация алмаза для электронного применения». Полусекундный. наук. Технол . 18 (3): С27–С33. Бибкод : 2003SeScT..18S..27P . дои : 10.1088/0268-1242/18/3/304 .
- ^ Патент США № 5385762.
- ^ Лай, ПФ; Правер, С; Берсилл, Луизиана (январь 2001 г.). «Восстановление алмаза после облучения при высоких энергиях и отжига». Алмаз и родственные материалы . 10 (1): 82–86. Бибкод : 2001DRM....10...82L . дои : 10.1016/S0925-9635(00)00406-4 .
- ^ Бауманн, ПК; Неманич, Р.Дж. (1998). «Очистка поверхности, электронные состояния и сродство к электрону поверхностей алмаза (100), (111) и (110)» . Поверхностная наука . 409 (2): 320–335. Бибкод : 1998SurSc.409..320B . дои : 10.1016/S0039-6028(98)00259-3 .
- ^ Характеристика интерфейсов кобальт-алмаз (100): сродство к электрону и барьер Шоттки.
- ^ Бауманн, ПК; Неманич, Р.Дж. (1996). «Характеристика интерфейсов кобальт-алмаз (100): сродство к электрону и барьер Шоттки». Прикладная наука о поверхности . 104–105 (2): 267–273. Бибкод : 1996ApSS..104..267B . дои : 10.1016/S0169-4332(96)00156-0 .
- ^ Список публикаций Хочедеса
- ^ Марчивка, М; Хочедес, Дж. Ф.; Гейс, МВт; Сокер, Д.Г.; Моисей, Д; Гольдберг, RT (1991). «Характеристики ультрафиолетового фотоответа алмазных диодов» . Прикладная оптика . 30 (34): 5011–5013. Бибкод : 1991ApOpt..30.5011M . дои : 10.1364/AO.30.005011 . ПМИД 20717311 .
- ^ Батлер, Дж. Э. (весна 2003 г.). «CVD Diamond: зрелость и разнообразие» (PDF) . Интерфейс электрохимического общества : 22–26.
- ^ Ван, CF; Ху, Эль; Ян, Дж.; Батлер, Дж. Э. (май 2007 г.). «Изготовление подвесных монокристаллических алмазных устройств методом электрохимического травления». Журнал вакуумной науки и технологий B: Микроэлектроника и нанометровые структуры . 25 (3): 730–733. Бибкод : 2007JVSTB..25..730W . дои : 10.1116/1.2731327 .
- ^ Залалутдинов, МК; Болдуин, JW; Пейт, BB; Ян, Дж; Батлер, Дж. Э.; Хьюстон, Британская Колумбия (май 2008 г.). «Монокристаллический алмазный наномеханический купольный резонатор» (PDF) . Обзор NRL «Нанонаучные технологии» : 190–191.
- ^ Брэдли, Джей Си; Чжунмин, М. (1999). «Бесконтактное электроосаждение палладиевых катализаторов». Прикладная химия . 111 (11): 1768–1771. doi : 10.1002/(SICI)1521-3757(19990601)111:11<1768::AID-ANGE1768>3.0.CO;2-# .
- ^ Гринтри, Эндрю; Оливеро, Паоло; Драгански, Мартин; Трайков, Элизабет; Рабо, Джеймс Р.; Райхарт, Патрик; Гибсон, Брант С; Рубанов Сергей; и др. (май 2006 г.). «Критические компоненты квантово-когерентных устройств на основе алмаза» (PDF) . J. Phys.: Condens. Иметь значение . 18 (21): С825–С842. Бибкод : 2006JPCM...18S.825G . дои : 10.1088/0953-8984/18/21/S09 . Архивировано из оригинала (PDF) 20 июля 2008 г.
- ^ Патент США № 7521304.
- ^ Патент США № 7084071.
- ^ Патент США № 7501330.