Les diamants sont souvent présentés dans des bijoux exquis. Mais cette forme solide de carbone est également réputée pour ses propriétés physiques et électroniques exceptionnelles. Au Japon, une collaboration entre des chercheurs de la Graduate School of Natural Science and Technology de l'Université de Kanazawa et de l'AIST à Tsukuba, dirigé par Ryo Yoshida, a utilisé le recuit à la vapeur d'eau pour former des surfaces de diamant à terminaison hydroxyle qui sont atomiquement plates.

Le diamant possède de nombreuses caractéristiques qui le rendent attrayant pour une application dans les appareils électroniques. Cependant, le diamant contient des défauts observables au niveau atomique qui créent des propriétés de surface uniques influençant la façon dont il peut être appliqué dans de tels dispositifs.

La terminaison de surface utilisant de l'oxygène ou de l'hydrogène stabilise la structure du diamant. Les surfaces de diamant à terminaison hydrogène (terminaison H) contiennent des couches de gaz de trou bidimensionnelles (2DHG) qui permettent un fonctionnement à haute température et haute tension. Les surfaces de diamant à terminaison oxygène sont formées par oxydation de surface de surfaces à terminaison H, qui élimine les liaisons carbone-hydrogène (C-H) et le 2DHG, "mais cela rend la surface du diamant rugueuse et conduit à la dégradation des performances des appareils, " dit Norio Tokuda de l'Université de Kanazawa.

Pour surmonter cela, les chercheurs ont appliqué le recuit à la vapeur d'eau. Ils ont commencé par des hautes pressions orientées (1 1 1), substrats de diamant monocristallin synthétique Ib et IIa à haute température. Des films de diamant homoépitaxiaux ont été développés sur les substrats Ib par dépôt chimique en phase vapeur par plasma micro-ondes (MPCVD). Pour obtenir des surfaces à terminaison H atomiquement plates, les échantillons de diamant ont été exposés au plasma H dans la chambre MPCVD. Pour former des surfaces à terminaison hydroxyle, les échantillons de diamant à terminaison H ont été soumis à un recuit à la vapeur d'eau. Le traitement de recuit a eu lieu sous une atmosphère d'azote barboté à travers de l'eau ultrapure dans un tube de quartz dans un four électrique.

Les résultats ont indiqué que les liaisons C-H restaient à la surface du diamant pendant le recuit à la vapeur d'eau en dessous de 400°C; donc, 2DHG a été détecté. "Toutefois, le recuit à la vapeur d'eau au-dessus de 500°C a éliminé les liaisons C-H de la surface du diamant, " explique Yoshida, "indiquant la disparition du 2DHG."

Ainsi, les résultats indiquent que le recuit à la vapeur d'eau peut éliminer le 2DHG tout en maintenant la morphologie de surface des surfaces de diamant orientées (1 1 1). "Par rapport aux techniques conventionnelles pour éliminer le 2DHG, comme l'oxydation chimique humide, " dit Tokuda, "Le recuit à la vapeur d'eau offre l'avantage de maintenir une surface atomiquement plane."