Gravure induite par faisceau d'électrons sur le diamant en utilisant différents rapports d'hydrogène et d'oxygène gazeux pour contrôler l'anisotropie. Avec de l'oxygène pur, la gravure est isotrope et aucun motif n'est observé. L'ajout d'hydrogène donne lieu à une gravure anisotrope, résultant en des motifs. Crédit :Bishop et al. ©2018 Société chimique américaine
La capacité de graver des nanostructures sur la surface du diamant devrait avoir une grande variété d'applications potentielles, mais jusqu'à présent, graver et modeler le diamant à l'échelle nanométrique a été un défi, car le diamant est hautement inerte chimiquement (non réactif). Dans une nouvelle étude, les chercheurs ont étudié une technique dans laquelle un faisceau d'électrons est utilisé pour le diamant nanostructuré, les résultats offrant de nouvelles perspectives sur les processus de nanofabrication émergents.
Les chercheurs, James Bishop et al., à l'Université de Technologie de Sydney à Sydney, Australie, ont publié un article sur le nanopatterning et la gravure du diamant dans un récent numéro de ACS Nano .
Dans leur travail, les chercheurs ont étudié une technique appelée gravure induite par faisceau d'électrons à médiation gazeuse. Le procédé ne nécessite ni masque ni couche de réserve et utilise une irradiation par faisceau d'électrons en présence de gaz réactifs pour graver directement le diamant et d'autres matériaux avec une résolution spatiale pouvant atteindre 10 nanomètres. Il évite également les problèmes de dommages résiduels associés aux techniques de gravure physique telles que le faisceau d'ions focalisé ou la gravure d'ions réactifs, permettant une gravure avec un minimum de dommages au matériau sous-jacent.
Jusque là, la plupart des travaux utilisant cette méthode ont démontré une gravure qui apparaît uniforme, ou isotrope. Cependant, afin de créer des motifs souhaités ou d'exposer sélectivement certains plans cristallins, il devient nécessaire de graver sélectivement dans différentes orientations, ce qu'on appelle la gravure anisotrope.
En utilisant une combinaison de techniques expérimentales et informatiques, les chercheurs ont découvert que l'oxygène et l'hydrogène gazeux jouent des rôles différents dans le processus de gravure. En particulier, l'oxygène provoque rapidement, gravure efficace et isotrope, tandis que l'ajout d'hydrogène ralentit la vitesse de gravure de certains plans cristallins plus que d'autres, permettant une gravure anisotrope. La gravure anisotrope a longtemps été utilisée avec d'autres matériaux tels que le silicium et le nitrure de gallium afin de créer des micro/nano-structures avec une symétrie presque parfaite et des plans cristallins ultra-lisses. Ce nouveau travail met en évidence une méthode pour potentiellement obtenir des résultats similaires avec le diamant.
Les chercheurs ont découvert que, à mesure que plus d'hydrogène gazeux est ajouté au système, des motifs émergent dont les caractéristiques sont alignées avec les directions cristallines du réseau de diamants. Les scientifiques expliquent que ces modèles sont causés par la passivation préférentielle de l'hydrogène de certains plans cristallins par rapport à d'autres. Les chercheurs ont également montré qu'il est possible de contrôler l'anisotropie en contrôlant la quantité d'hydrogène, et par conséquent, pour manipuler les géométries des motifs de surface. Cela a permis aux chercheurs de créer un modèle détaillé de la cinétique de gravure, ce qui devrait simplifier les futurs processus de nanofabrication par gravure sèche pour le diamant et permettre la fabrication de structures auparavant intenables.
"Le résultat le plus significatif du travail est le contrôle de l'anisotropie de gravure qu'il permet, " Bishop a déclaré à Phys.org. " La gravure isotopique est utile pour graver des structures de forme arbitraire. La gravure anisotrope est utile pour créer des structures avec des surfaces ultra-lisses et des symétries presque parfaites définies par la cinétique de la réaction de gravure anisotrope. Avec une gravure induite par faisceau d'électrons utilisant de l'oxygène, nous pouvons obtenir une gravure isotrope à haute vitesse, et en mélangeant à l'hydrogène, obtenir une gravure hautement anisotrope du diamant."
La capacité de graver de manière contrôlée des nanomotifs et d'exposer et de lisser sélectivement certains plans cristallins à la surface du diamant a une grande variété d'applications potentielles. Différents nanomotifs et nanostructures peuvent, par exemple, accélérer la croissance des neurones sur les surfaces de diamant pour les applications de biodétection, ainsi que d'améliorer l'extraction de la lumière pour les applications photoniques. Diamond est également à l'étude pour ses applications possibles pour l'électronique de haute puissance, électrochimie, et catalyse, qui peuvent tous bénéficier d'un simple, méthode de nanostructuration à haute résolution.
© 2018 Phys.org
