Efekt Marchywka - Marchywka effect

Z patentové přihlášky[1] bipolární povrchová úprava je téměř identická s běžným elektrochemickým zařízením, s výjimkou nedostatečného kontaktu mezi cílem a elektrodami. Zdroj EMF (18) zapůsobí na pole v médiu pomocí elektrod (14) a (16) a vytváří požadovaný účinek na (24) a (26) maskovaný (28). Médiem (12) může být inertní izolátor podporující pole s malým proudem, reaktivní vodič nebo mýdlový roztok. To se liší od běžných metod nedostatečným kontaktem mezi (24) a (14) nebo (16).

The Efekt Marchywka[2][3] odkazuje na elektrochemické čištění diamant pomocí elektrického pole indukovaného vzdálenými elektrodami.

Objev a vývoj

Poprvé to poprvé pozoroval Mike Marchywka[1] při pokusu o nalezení selektivního prostředku k leptání ne-diamantového uhlíku a výrobě jednoduchých astronomických UV detekčních zařízení.[4] Tato zařízení vyžadovala několik specifických funkcí, jako jsou čisté povrchy a vzorované oblasti bez diamantového uhlíku, ale přístup byl následně prozkoumán jako obecnější prostředek pro ukončení uhlíkových povrchů a selektivní čištění a leptání různých jiných materiálů nebo struktur. Termín „efekt Marchywka“ se nepoužívá důsledně a někdy se používá termín „bipolární povrchová úprava“[5] protože se indukuje, že se substrát stane bipolárním elektroda.[6] Mohou být také použity různé fráze, jako je „bezkontaktní elektrochemický“ proces (viz jakékoli odkazy zde citované), nebo mohou být zmíněny pouze jako „elektrochemický lept“.[7][8]

I když je to snadno zaměnitelné s různými běžnými elektrochemickými články a může se to jevit jako triviální a zjevné rozšíření dobře známých metod, nedávné patenty[9] nadále odkazovat na předchozí práci[10] který jako funkci uvádí nekontaktnost. Použití média s nízkou vodivostí, jak se používá v původním článku Marchywky et al[4] Při použití se někdy zaznamenává a může vyvolat nové účinky.[11][12]Přístroj k vytvoření efektu je podobný dobře známému elektroporace systém kromě toho, že biologický vzorek je nahrazen anorganickým substrátem,[4] ačkoli v některých případech mohou být organické filmy leptány tímto procesem pomocí a povrchově aktivní látka řešení jako elektrolyt.

Povrchové efekty

Obrázek 1c v Marchywce et al. 1993.[13] Prstencový prstenec z poloizolačního diamantu s nespojitými vodivými grafitizovanými oblastmi leptaný bezkontaktním elektrochemickým procesem. Tato fotografie ukazuje odpojené vodivé oblasti vyleptané do poloizolačního diamantového subtrate[13] Takový vzor by nebyl možný při tradičním elektrochemickém leptání.

Jako „bezkontaktní“ proces se účinek liší od tradičních elektrochemických procesů, kde průtok nosiče skrz povrch je dosaženo připojením ke zdroji proudu s vysoce vodivými materiály, jako je měděný drát. Je dobře známo[kým? ] že materiály kontaktované s anodou mohou být upraveny mnoha způsoby, včetně eloxování a elektrolytické leštění. Jakmile byly vyrobeny první syntetické diamanty, elektrochemie byla v populárním tisku rychle uznána jako důležitý příbuzný obor.[14] Použití indukovaného pole vytvářeného vzdálenými elektrodami však umožňuje čištění, úpravy nebo leptání nesouvislých oblastí na izolačním podkladu elektrooleptání ), což výrazně rozšiřuje úlohu elektrochemických metod.

Předpokládá se, že mechanismus je způsoben indukovaným polem, ale bylo provedeno jen málo způsobů vyčerpávající analýzy, protože se nezdá, že by se skutečné procesy lišily od tradičních přístupů. Například „v literatuře označen jako„ Marchywkův efekt “. Leptání může být způsobeno galvanickým spojením diamantu a jiného než diamantového uhlíku.“[15] Aplikované pole zřejmě vytváří směrované povrchové úpravy na leštěných diamantových plochách s malým nebo žádným skutečným úběrem materiálu. To může být žádoucí pro výrobu různých zařízení nebo pro prosté studium vlastností diamantového povrchu. Indukované pole ukládá nebo nahrazuje jednu vrstvu nějaké molekuly, což lze považovat za monovrstvu galvanické pokovování metoda. Bylo to objasněno podrobněji v mnoha pracích.[16][17]

Dřívější související přístupy

Od Pehrssona et al.,[16] bipolární povrch diamantu pod SEM. Jednotná diamantová destička SQUARE získává 3 výrazné zóny pod SEM po vystavení bipolární povrchové úpravě. Tento diamant byl vystaven aplikovanému poli v destilované vodě, čímž vznikl černý (spodní), jasný (střední) a šedý (horní) region. Zdá se, že kontrast je způsoben změnami povrchového zakončení, jak je popsáno v Pehrsson et al.[16]

Existuje mnoho dřívějších technologií pro přípravu diamantů s velkou mezerou pro použití v elektronických zařízeních nebo jako substrát pro růst monokrystalů diamantů. Stabilnější formy uhlíku mají menší mezery a různé krystalové struktury a jejich přítomnost musí být pečlivě kontrolována. Efekt Marchywka byl charakterizován a porovnán s alternativními prostředky k vytvoření požadovaného povrchu pro několik aplikací.

Odstranění ne-diamantového uhlíku mokrými chemikáliemi bylo dosaženo vařením ve směsích sírová a kyselina chromová. Při aplikaci na diamantový podklad pomocí iontová implantace profil poškození, který lze použít pro základní vědu, růst krystalů nebo výrobu zařízení,[18][19] elektrochemický přístup usnadňuje zachování tenkého filmu méně poškozeného diamantu ležící nad rozsahem implantátu a byl použit v žíhání experimenty na fixaci diamantu po poškození implantací.[20] V některých případech může být problémem termální cyklování a může být důležitá selektivita k různým maskám, takže nižší teploty a pružnější chemie mohou nabízet výhody oproti dosavadnímu stavu techniky.

Tato metoda nevyžaduje použití netěkavých materiálů[Citace je zapotřebí ] jako je chrom, což v některých aplikacích může snížit problémy se znečištěním. Schopnost řídit směr a rychlost leptání s aplikovaným napětím nebo konfigurací elektrod, jako u elektrochemické obrábění, poskytuje další funkce, které nejsou k dispozici u izotropních chemických přístupů. Suché metody zpracování, jako je horký kyslík nebo plazma, mohou také spálit grafit rychleji než diamant, stejně jako jednoduché acetylenová pochodeň. Vyžadují vyšší teploty a nemají stejně vysokou selektivitu, jaké lze dosáhnout elektrochemickým přístupem.[21]

Ukončení povrchu je často problémem jak u zařízení v pevné fázi, tak u vakuových zařízení a podrobnosti konečné struktury povrchového pásma byly porovnány s alternativami v různých strukturách zařízení.[22][23]

Aplikace

Zatímco původní snaha neprodukovala užitečné produkty, následná práce v Evropě přinesla použitelné astronomické detektory[24][25]ale bez zjevného použití této technologie. V jiných oblastech se však tento přístup jeví jako konkurenceschopný s dosavadním stavem výroby různých konečných produktů, protože byl použit jako výrobní krok pro experimentální zařízení a struktury. Mnoho skupin tento přístup využilo k růstu homoepitaxiální diamant[Citace je zapotřebí ] a následně uvolnit tenké vrstvy různými „zvedacími“ procesy.[26]

Rovněž se o něm uvažuje v kontextech, jako je uhlík mikroelektromechanické systémy Výroba[27][28] a aplikace různých materiálů, například s nekontaktovaným palladiem[6][29] depozice a rozšíření.[9] I když neuvádějí původní článek Marchywky et al., Tito pokračují v citování bezkontaktnosti jako prvku: „Elektrodová sestava a vodivý povrch mohou být umístěny v těsné blízkosti, ale bez vzájemného kontaktu.“[9] odkazuje na mnohem dřívější patent[10] pokrývající související pokusy o dosažení bezkontaktního elektro leptání, „Předkládaný vynález se týká způsobu a zařízení pro elektrochemické zpracování kovových povrchů obrobků uspořádaných bezkontaktním způsobem s ohledem na katodu a anodu [...]. "[4]

Účinek byl zmíněn mimochodem s ohledem na nová zařízení, jako jsou kvantová koherentní zařízení[30] zatímco patenty na nově vznikající použití amorfního uhlíku[31][32]a diamantové tepelné vodiče[33] výrobci elektronických čipů s vysokou hustotou odkazují na související technologii start-off.

Viz také

Reference

  1. ^ A b Patent USA číslo 5269890
  2. ^ Pan, LS; Kania DR (1995). „Diamond: Electronic Properties and Applications“ p 43 (Springer) ISBN  0-7923-9524-7, ISBN  978-0-7923-9524-9
  3. ^ Pearton, SJ (2000).„Wide Bandgap Semiconductors: Growth, Processing and Applications“ str. 525. (William Andrew Inc.); ISBN  0-8155-1439-5, ISBN  978-0-8155-1439-8
  4. ^ A b C d Marchywka, MJ; Pehrsson, PE; Binari, SC; Moses, DJ (únor 1993). "Elektrochemické modelování amorfního uhlíku na diamantu". Journal of the Electrochemical Society. 140 (2): L19 – L22. Bibcode:1993JElS..140L..19M. doi:10.1149/1.2221093. celý text
  5. ^ Pleskov, YV "The Electrochemistry of Diamond" v Alkire, RC; Kolb, DM ed (2003). Pokroky v elektrochemické vědě a inženýrství str. 224 (Wiley-VCH). ISBN  3527302115, ISBN  978-3-527-30211-6
  6. ^ A b Bradley, JC; Ma, Z (1999). „Bezkontaktní elektrodepozice palladiových katalyzátorů“ (PDF). Angew. Chem. Int. Vyd. Angl. 38 (11): 1663–1666. doi:10.1002 / (SICI) 1521-3773 (19990601) 38:11 <1663 :: AID-ANIE1663> 3.0.CO; 2-C. PMID  29710991. Archivovány od originál (PDF) 12. června 2009.
  7. ^ Jaeger, MD; et., al; Day, A. R .; Thorpe, M. F .; Golding, B. (11. května 1998). "Odolnost bórem dopovaných mikrokrystalů diamantu" (PDF). Aplikovaná fyzikální písmena. 72 (19): 2445. Bibcode:1998ApPhL..72.2445J. doi:10.1063/1.121680.
  8. ^ D'Evelyn MP "Surface Properties of Diamond" v Prelas, Popovici, Bigelow ed (1997). Příručka průmyslových diamantů a diamantových filmů (CRC Press). ISBN  0824799941, ISBN  978-0-8247-9994-6
  9. ^ A b C Patent USA číslo 7435324
  10. ^ A b Patent Spojených států č. 4153531
  11. ^ Bradley, JC; et., al; Crawford, Jeffrey; Eckert, Jennifer; Ernazarova, Karima; Kurzeja, Thomas; Lin, Muduo; McGee, Michael; et al. (18. září 1997). "Vytváření elektrických kontaktů mezi kovovými částicemi pomocí řízeného elektrochemického růstu". Příroda. 389 (6648): 268–271. Bibcode:1997 Natur.389..268B. doi:10.1038/38464. S2CID  4329476.
  12. ^ Fleischmann, Martin; Ghoroghchian, Jamal; Rolison, Debra; Pons, Stanley (18. září 1986). „Elektrochemické disperze sférických ultramikroelektrod“. J. Phys. Chem. 90 (23): 6392–6400. doi:10.1021 / j100281a065.
  13. ^ A b Marchywka, MJ; Pehrsson, PE; Mojžíš, D; Pehrsson, PE; Moses, DJ (květen 1993). „Elektrochemické modelování amorfního uhlíku na diamantu.“. V Diismukes; Ravi; Oštěp (eds.). Sborník elektrochemické společnosti. Honolulu: ECS. 626–631. ISBN  9781566770606.
  14. ^ Kaempffert, W (22. května 1955). „Vysoké tlaky a vysoké teploty otevírají nový svět v elektrochemii“. New York Times: E9.
  15. ^ Ramesham, R (březen 1998). "Vliv žíhání a úpravy vodíkové plazmy na voltametrické a impedanční chování diamantové elektrody". Tenké pevné filmy. 315 (2): 222–228. Bibcode:1998TSF ... 315..222R. doi:10.1016 / S0040-6090 (97) 00592-0.
  16. ^ A b C Pehrsson, PE; Long, JP; Marchywka, MJ; Butler, JE (prosinec 1995). „Elektrochemicky indukovaná povrchová chemie a negativní elektronová afinita na diamantu (100)“. Appl. Phys. Lett. 67 (23): 3414. Bibcode:1995ApPhL..67.3414P. doi:10.1063/1.115264. Archivovány od originál dne 23.02.2013. Citováno 2019-05-05. celý text Archivováno 15. února 2010, v Wayback Machine
  17. ^ Szunerits, Sabine; Boukherroub, Rabah (2008). "Různé strategie pro funkcionalizaci diamantových povrchů". J Solid State Electrochem. 12 (10): 1205–1218. doi:10.1007 / s10008-007-0473-3. S2CID  97309631.
  18. ^ Prins, JF (2003). "Iontová implantace diamantu pro elektronické aplikace". Polovina. Sci. Technol. 18 (3): S27 – S33. Bibcode:2003SeScT..18S..27P. doi:10.1088/0268-1242/18/3/304.
  19. ^ Patent USA číslo 5385762
  20. ^ Lai, PF; Prawer, S; Bursill, LA (leden 2001). "Obnova diamantu po ozáření vysokou energií a žíhání". Diamant a související materiály. 10 (1): 82–86. Bibcode:2001DRM .... 10 ... 82L. doi:10.1016 / S0925-9635 (00) 00406-4.
  21. ^ Baumann, PK; Nemanich, RJ (1998). „Čištění povrchu, elektronické stavy a elektronová afinita diamantových (100), (111) a (110) povrchů“. Věda o povrchu. 409 (2): 320–335. Bibcode:1998SurSc.409..320B. doi:10.1016 / S0039-6028 (98) 00259-3.
  22. ^ Charakterizace rozhraní kobalt-diamant (100): elektronová afinita a Schottkyho bariéra
  23. ^ Baumann, PK; Nemanich, RJ (1996). "Charakterizace rozhraní kobalt-diamant (100): elektronová afinita a Schottkyho bariéra". Aplikovaná věda o povrchu. 104–105 (2): 267–273. Bibcode:1996ApSS..104..267B. doi:10.1016 / S0169-4332 (96) 00156-0.
  24. ^ Seznam publikací Hochedez
  25. ^ Marchywka, M; Hochedez, JF; Geis, MW; Socker, DG; Mojžíš, D; Goldberg, RT (1991). „Ultrafialové vlastnosti fotoodezvy diamantových diod“. Aplikovaná optika. 30 (34): 5011–5013. Bibcode:1991ApOpt..30,5011 mil. doi:10,1364 / AO.30.005011. PMID  20717311.
  26. ^ Butler, JE (jaro 2003). „CVD Diamond: Maturity and Diversity“ (PDF). Rozhraní elektrochemické společnosti: 22–26.
  27. ^ Wang, CF; Hu, EL; Yang, J .; Butler, J. E. (květen 2007). "Výroba suspendovaných monokrystalických diamantových zařízení elektrochemickým leptáním". J. Vac. Sci. Technol. B. 25 (3): 730–733. Bibcode:2007JVSTB..25..730W. doi:10.1116/1.2731327.
  28. ^ Zalalutdinov, MK; Baldwin, JW; Paštika, BB; Yang, J; Butler, JE; Houston, BH (květen 2008). „Jednokrystalický diamantový nanomechanický kopulovitý rezonátor“ (PDF). NRL Review Nanoscience Technology: 190–191.
  29. ^ Bradley, JC; Zhongming, M (1999). „Berührungsloses elektrolytisches Abscheiden von Palladiumkatalysatoren“. Angewandte Chemie. 111 (11): 1768–1771. doi:10.1002 / (SICI) 1521-3757 (19990601) 111: 11 <1768 :: AID-ANGE1768> 3.0.CO; 2- #.
  30. ^ Greentree, Andrew; Olivero, Paolo; Draganski, Martin; Trajkov, Elizabeth; Rabeau, James R; Reichart, Patrick; Gibson, Brant C; Rubanov, Sergey; et al. (Květen 2006). „Kritické komponenty pro kvantově koherentní zařízení na bázi diamantů“ (PDF). J. Phys .: Condens. Hmota. 18 (21): S825 – S842. Bibcode:2006JPCM ... 18S.825G. doi:10.1088 / 0953-8984 / 18/21 / S09. Archivovány od originál (PDF) 20. července 2008.
  31. ^ Patent USA číslo 7521304
  32. ^ Patent USA číslo 7084071
  33. ^ Patent USA číslo 7501330

externí odkazy