Эффект Маркивки - Marchywka effect

Из заявки на патент,[1] биполярная обработка поверхности практически идентична обычной электрохимической установке, за исключением отсутствия контакта между мишенью и электродами. Источник ЭДС (18) воздействует на поле в среде через электроды (14) и (16), оказывая желаемое воздействие на (24) и (26), как маскируется (28). Средой (12) может быть инертный изолятор, поддерживающий поле с малым током, реактивный проводник или мыльный раствор. Это отличается от обычных методов отсутствием контакта между (24) и (14) или (16).

В Эффект Маркивки[2][3] относится к электрохимический очистка алмаз с помощью электрического поля, индуцированного удаленными электродами.

Открытие и развитие

Впервые это случайно заметил Майк Марчивка.[1] одновременно пытаясь найти селективные средства для травления неалмазного углерода и изготовления простых астрономических устройств обнаружения УФ-излучения.[4] Для этих устройств требовалось несколько особых характеристик, таких как чистые поверхности и узорчатые области из неалмазного углерода, но этот подход впоследствии был исследован как более общее средство для заделки углеродных поверхностей и выборочной очистки и травления различных других материалов или структур. Термин «эффект Маркивки» не используется постоянно, и иногда используется термин «биполярная обработка поверхности».[5] поскольку субстрат становится биполярным электрод.[6] Также могут использоваться различные фразы, такие как «бесконтактный электрохимический процесс» (см. Любые ссылки, цитируемые в данном документе), или он может быть упомянут просто как «электрохимическое травление».[7][8]

Хотя это легко спутать с различными распространенными электрохимическими ячейками и может показаться тривиальным и очевидным продолжением хорошо известных методов, недавние патенты[9] продолжать ссылаться на предыдущую работу[10] который ссылается на неконтактность как на особенность. Использование среды с низкой проводимостью, как в оригинальной статье Марчивки и др.[4] иногда отмечается при использовании и может давать новые эффекты.[11][12]Аппарат для создания эффекта похож на всем известный электропорация система, за исключением того, что биологический образец заменяется неорганическим субстратом,[4] хотя в некоторых случаях органические пленки можно травить этим способом, используя поверхностно-активное вещество решение как электролит.

Поверхностные эффекты

Рисунок 1c в Marchywka и другие. 1993.[13] Кольцевое кольцо из полуизолирующего алмаза с несмежными проводящими графитизированными областями, протравленными бесконтактным электрохимическим процессом. На этой фотографии показаны отключенные проводящие области, вытравленные на полуизолирующей алмазной подложке.[13] Такой узор был бы невозможен при традиционном электрохимическом травлении.

Как "бесконтактный" процесс, эффект отличается от традиционных электрохимических процессов, где несущий поток через поверхность достигается подключением к источнику тока из материалов с высокой проводимостью, таких как медный провод. Это хорошо известно[кем? ] что материалы, контактирующие с анодом, можно модифицировать различными способами, включая анодирование и электрополировка. После того, как были созданы первые синтетические алмазы, электрохимия была быстро признана важной смежной областью в популярной прессе.[14] Однако использование наведенного поля, создаваемого удаленными электродами, позволяет очищать, модифицировать или протравливать прерывистые области на изолирующей подложке (аналогично электротравление ), что значительно расширило роль электрохимических методов.

Предполагается, что механизм обусловлен индуцированным полем, но исчерпывающий анализ был проведен мало, так как фактические процессы не отличаются от традиционных подходов. Например, «идентифицированный в литературе как« эффект Маркивки ». Травление может происходить из-за гальванической связи алмаза и неалмазного углерода».[15] Приложенное поле, очевидно, создает направленные модификации поверхности на полированных алмазных поверхностях с незначительным удалением материала или без него. Это может быть желательно для изготовления различных устройств или просто для изучения свойств поверхности алмаза. Индуцированное поле откладывает или заменяет один слой какой-либо молекулы, и это можно рассматривать как монослой. гальваника метод. Более полно он освещен во многих работах.[16][17]

Более ранние подходы

От Перссона и другие.,[16] биполярно обработанная алмазная поверхность под SEM. На однородной КВАДРАТНОЙ алмазной пластине появляются 3 отдельные зоны под СЭМ после воздействия биполярной обработки поверхности. Этот алмаз подвергался воздействию приложенного поля в дистиллированной воде, создавая черные (внизу), яркие (в центре) и серые (вверху) области. Контраст, по-видимому, связан с изменениями в поверхностном окончании, как описано у Pehrsson et al.[16]

Существует множество предшествующих технологий для изготовления широкозонного алмаза для использования в электронных устройствах или в качестве подложки для выращивания монокристаллического алмаза. Более стабильные формы углерода имеют меньшие зазоры и другую кристаллическую структуру, и их присутствие необходимо тщательно контролировать. Эффект Marchywka охарактеризован и сравнивается с альтернативными средствами для создания желаемой поверхности для нескольких применений.

Удаление неалмазного углерода с помощью влажных химикатов осуществлялось путем кипячения в смесях серный и хромовая кислота. При нанесении на алмазную подложку с ионная имплантация профиль повреждения, который может быть использован для фундаментальной науки, выращивания кристаллов или изготовления устройств,[18][19] электрохимический подход облегчает сохранение тонкой пленки менее поврежденного алмаза, лежащей выше диапазона имплантата, и он был использован в отжиг эксперименты по фиксации алмаза после повреждения 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 цитата ] например, хром, что может уменьшить проблемы загрязнения в некоторых приложениях. Возможность управления направлением и скоростью травления с помощью приложенного напряжения или конфигурации электродов, как в случае с электрохимическая обработка, 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 простой ацетиленовая горелка. Они требуют более высоких температур и не обладают такой высокой селективностью, которая может быть достигнута с помощью электрохимического подхода.[21]

Окончание на поверхности часто является проблемой как для твердотельных, так и для вакуумных устройств, и детали окончательной структуры поверхностных полос сравнивали с альтернативами в различных конструкциях устройств.[22][23]

Приложения

Хотя первоначальная попытка не привела к созданию полезных продуктов, последующие работы в Европе действительно создали пригодные для использования астрономические детекторы.[24][25]но без очевидного использования этой технологии. В других областях, однако, подход кажется конкурентоспособным с предшествующим уровнем техники для изготовления различных конечных продуктов, поскольку он использовался в качестве этапа изготовления экспериментальных устройств и структур. Многие группы использовали этот подход для роста гомоэпитаксиальный алмаз[нужна цитата ] и затем высвобождают тонкие пленки с помощью различных процессов «отрыва».[26]

Он также рассматривался в таких контекстах, как углерод микроэлектромеханические системы производство[27][28] и применение различных материалов, например, неконтактного палладия[6][29] осаждение и пристройки.[9] Не цитируя оригинальную статью Марчивки и др., Они продолжают ссылаться на отсутствие контакта как особенность: «Узел электродов и проводящая поверхность могут быть расположены в непосредственной близости друг от друга, но без контакта».[9] ссылается на гораздо более ранний патент[10] охватывая связанные с этим попытки достичь бесконтактного электрического травления: «Настоящее изобретение относится к способу и устройству для электрохимической обработки металлических поверхностей деталей, расположенных бесконтактным образом по отношению к катоду и аноду [...]. "[4]

Эффект был упомянут вскользь в отношении новых устройств, таких как квантовые когерентные устройства.[30] а патенты на новые применения аморфного углерода[31][32]и алмазные теплопроводы[33] производители электронных чипов высокой плотности ссылаются на соответствующую технологию отрыва.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Номер патента США 5269890.
  2. ^ Пан, LS; Кания Д.Р. (1995). «Алмаз: электронные свойства и применение» стр. 43 (Springer) ISBN  0-7923-9524-7, ISBN  978-0-7923-9524-9
  3. ^ Пиртон, SJ (2000).«Полупроводники с широкой запрещенной зоной: рост, обработка и применение» стр. 525. (William Andrew Inc.); ISBN  0-8155-1439-5, ISBN  978-0-8155-1439-8
  4. ^ а б c d Marchywka, MJ; Pehrsson, PE; Бинари, Южная Каролина; Моисей, ди-джей (февраль 1993 г.). «Электрохимический рисунок аморфного углерода на алмазе». Журнал Электрохимического общества. 140 (2): L19 – L22. Bibcode:1993JELS..140L..19M. Дои:10.1149/1.2221093. полный текст
  5. ^ Плесков Ю.В. «Электрохимия алмаза» в Алкире, РЦ; Колб, DM изд (2003). Достижения в области электрохимической науки и техники стр. 224 (Wiley-VCH). ISBN  3527302115, ISBN  978-3-527-30211-6
  6. ^ а б Брэдли, JC; Ма, Z (1999). «Бесконтактное электроосаждение палладиевых катализаторов» (PDF). Энгью. Chem. Int. Эд. Англ. 38 (11): 1663–1666. Дои:10.1002 / (SICI) 1521-3773 (19990601) 38:11 <1663 :: AID-ANIE1663> 3.0.CO; 2-C. PMID  29710991. Архивировано из оригинал (PDF) 12 июня 2009 г.
  7. ^ Jaeger, MD; и другие; Дэй, А.Р .; Thorpe, M. F .; Голдинг, Б. (11 мая 1998 г.). «Удельное сопротивление микрокристаллов алмаза, легированного бором» (PDF). Письма по прикладной физике. 72 (19): 2445. Bibcode:1998ApPhL..72.2445J. Дои:10.1063/1.121680.
  8. ^ Д'Эвелин М.П. "Поверхностные свойства алмаза" inPrelas, Popovici, Bigelow ed (1997). Справочник промышленных алмазов и алмазных пленок (Пресса CRC). ISBN  0824799941, ISBN  978-0-8247-9994-6
  9. ^ а б c Номер патента США 7435324
  10. ^ а б Номер патента США 4153531.
  11. ^ Брэдли, JC; и другие; Кроуфорд, Джеффри; Экерт, Дженнифер; Эрназарова Карима; Курзея, Томас; Линь, Мудуо; Макги, Майкл; и другие. (18 сентября 1997 г.). «Создание электрических контактов между металлическими частицами с помощью направленного электрохимического роста». Природа. 389 (6648): 268–271. Bibcode:1997Натура.389..268Б. Дои:10.1038/38464. S2CID  4329476.
  12. ^ Флейшманн, Мартин; Горохчян, Джамал; Ролисон, Дебра; Понс, Стэнли (18 сентября 1986 г.). «Электрохимические дисперсии сферических ультрамикроэлектродов». J. Phys. Chem. 90 (23): 6392–6400. Дои:10.1021 / j100281a065.
  13. ^ а б Marchywka, MJ; Pehrsson, PE; Моисей, D; Pehrsson, PE; Моисей, ди-джей (май 1993 г.). «Электрохимический рисунок аморфного углерода на алмазе».. В Диисмукесе; Рави; Копье (ред.). Труды Электрохимического общества. Гонолулу: ECS. С. 626–631. ISBN  9781566770606.
  14. ^ Кемпфферт, W (22 мая 1955 г.). «Высокие давления и высокие температуры открывают новый мир в электрохимии». Нью-Йорк Таймс: E9.
  15. ^ Ramesham, R (март 1998 г.). «Влияние отжига и обработки водородной плазмой на вольтамперометрические и импедансные характеристики алмазного электрода». Тонкие твердые пленки. 315 (2): 222–228. Bibcode:1998TSF ... 315..222R. Дои:10.1016 / S0040-6090 (97) 00592-0.
  16. ^ а б c Pehrsson, PE; Long, JP; Marchywka, MJ; Батлер, Дж. Э. (декабрь 1995 г.). «Электрохимически индуцированная химия поверхности и отрицательное сродство к электрону на алмазе (100)». Appl. Phys. Латыш. 67 (23): 3414. Bibcode:1995АпФЛ..67.3414П. Дои:10.1063/1.115264. Архивировано из оригинал на 2013-02-23. Получено 2019-05-05. полный текст В архиве 15 февраля 2010 г. Wayback Machine
  17. ^ Шунериц, Сабина; Бухерруб, Рабах (2008). «Различные стратегии функционализации алмазных поверхностей». J твердотельный электрохимический. 12 (10): 1205–1218. Дои:10.1007 / s10008-007-0473-3. S2CID  97309631.
  18. ^ Принс, Дж. Ф. (2003). «Ионная имплантация алмаза для электронных приложений». Полуконд. Sci. Technol. 18 (3): S27 – S33. Bibcode:2003SeScT..18S..27P. Дои:10.1088/0268-1242/18/3/304.
  19. ^ Номер патента США 5385762
  20. ^ Лай, П.Ф .; Prawer, S; Берсилл, Лос-Анджелес (январь 2001 г.). «Восстановление алмаза после облучения при высоких энергиях и отжига». Алмаз и сопутствующие материалы. 10 (1): 82–86. Bibcode:2001DRM .... 10 ... 82 л. Дои:10.1016 / S0925-9635 (00) 00406-4.
  21. ^ Бауманн, П.К .; Неманич, Р.Дж. (1998). «Очистка поверхности, электронные состояния и электронное сродство поверхностей алмаза (100), (111) и (110)». Наука о поверхности. 409 (2): 320–335. Bibcode:1998СурСк.409..320Б. Дои:10.1016 / S0039-6028 (98) 00259-3.
  22. ^ Характеристика границ раздела кобальт-алмаз (100): сродство к электрону и барьер Шоттки
  23. ^ Бауманн, П.К .; Неманич, Р.Дж. (1996). «Характеристика границ раздела кобальт-алмаз (100): сродство к электрону и барьер Шоттки». Прикладная наука о поверхности. 104–105 (2): 267–273. Bibcode:1996ApSS..104..267B. Дои:10.1016 / S0169-4332 (96) 00156-0.
  24. ^ Список публикаций Hochedez
  25. ^ Маркивка, М; Hochedez, JF; Гейс, МВт; Socker, DG; Моисей, D; Гольдберг, RT (1991). «Ультрафиолетовые фотооткликовые характеристики алмазных диодов». Прикладная оптика. 30 (34): 5011–5013. Bibcode:1991ApOpt..30,5011M. Дои:10.1364 / AO.30.005011. PMID  20717311.
  26. ^ Батлер, Дж. Э. (весна 2003 г.). "CVD Diamond: зрелость и разнообразие" (PDF). Интерфейс электрохимического общества: 22–26.
  27. ^ Wang, CF; Hu, EL; Yang, J .; Батлер, Дж. Э. (май 2007 г.). «Изготовление подвесных монокристаллических алмазных устройств методом электрохимического травления». J. Vac. Sci. Technol. B. 25 (3): 730–733. Bibcode:2007JVSTB..25..730Вт. Дои:10.1116/1.2731327.
  28. ^ Залалутдинов М.К .; Болдуин, JW; Пате, ВВ; Ян, Дж; Батлер, Дж. Э .; Хьюстон, Британская Колумбия (май 2008 г.). "Монокристаллический алмазный купольный наномеханический резонатор" (PDF). NRL Review Технология нанонауки: 190–191.
  29. ^ Брэдли, JC; Чжунмин, М. (1999). "Berührungsloses elektrolytisches Abscheiden von Palladiumkatalysatoren". Angewandte Chemie. 111 (11): 1768–1771. Дои:10.1002 / (SICI) 1521-3757 (19990601) 111: 11 <1768 :: AID-ANGE1768> 3.0.CO; 2- #.
  30. ^ Гринтри, Эндрю; Оливеро, Паоло; Драганский, Мартин; Трайков, Елизавета; Рабо, Джеймс Р.; Рейхарт, Патрик; Гибсон, Брант С; Рубанов, Сергей; и другие. (Май 2006 г.). «Критические компоненты для квантовых когерентных устройств на основе алмаза» (PDF). J. Phys .: Condens. Иметь значение. 18 (21): S825 – S842. Bibcode:2006JPCM ... 18S.825G. Дои:10.1088 / 0953-8984 / 18/21 / S09. Архивировано из оригинал (PDF) 20 июля 2008 г.
  31. ^ Номер патента США 7521304.
  32. ^ Номер патента США 7084071.
  33. ^ Номер патента США 7501330.

внешняя ссылка