Эффект Маркивки - Marchywka effect
Эффект Маркивки относится к электрохимической очистке алмаза с помощью электрического поля, индуцированного удаленными электродами.
Открытие и развитие
Впервые он был случайно обнаружен Майком Марчивкой при попытке найти селективные средства для травления неалмазного углерода и изготовления простых астрономических устройств обнаружения УФ-излучения. Для этих устройств требовалось несколько особых характеристик, таких как чистые поверхности и узорчатые области из неалмазного углерода, но впоследствии этот подход 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», поскольку подложка становится биполярным электродом . 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».
Хотя это легко спутать с различными распространенными электрохимическими ячейками и может показаться тривиальным и очевидным продолжением хорошо известных методов, в недавних патентах по-прежнему упоминаются предыдущие работы, в которых отсутствие контакта упоминается как особенность. Использование среды с низкой проводимостью, которая использовалась в оригинальной статье Марчивки и др., Иногда отмечается, когда она используется, и может дать новые эффекты. Устройство для создания эффекта похоже на хорошо известную систему электропорации , за исключением того, что биологический образец заменяется неорганическим субстратом, хотя в некоторых случаях органические пленки можно травить с помощью этого процесса с использованием раствора поверхностно-активного вещества в качестве электролита .
Поверхностные эффекты
Поскольку это «бесконтактный» процесс, эффект отличается от традиционных электрохимических процессов, в которых поток носителя через поверхность достигается за счет подключения к источнику тока материалов с высокой проводимостью, таких как медная проволока. Хорошо известно, что материалы, контактирующие с анодом, можно модифицировать множеством способов, включая анодирование и электрополировку . После того, как были созданы первые синтетические алмазы, электрохимия была быстро признана важной смежной областью в популярной прессе. Тем не менее, использование индуцированного поля , создаваемого с помощью удаленных электродов позволяет прерывистые участки на изолирующей подложке, подлежащей очистке, изменены или травлению ( по аналогии с electroetching ), что значительно расширяет роль электрохимических методов.
Предполагается, что механизм обусловлен индуцированным полем, но исчерпывающий анализ был проведен мало, так как фактические процессы, похоже, не отличаются от традиционных подходов. Например, «в литературе он называется« эффектом Маркивки ». Травление может происходить из-за гальванической связи алмаза и неалмазного углерода». 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 осаждает или заменяет один слой какой-либо молекулы, и это можно рассматривать как метод нанесения однослойного гальванического покрытия. Более полно он освещен во многих работах.
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 кипячением в смесях серной и хромовой кислот . При нанесении на алмазную подложку с профилем повреждения ионной имплантации, который может использоваться для фундаментальной науки, роста кристаллов или изготовления устройств, электрохимический подход упрощает сохранение тонкой пленки менее поврежденного алмаза, лежащей выше диапазона имплантата, и использовался в экспериментах по отжигу для фиксации алмаза после повреждения имплантации. 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.
Этот метод не требует использования нелетучих материалов, таких как хром, что может уменьшить проблемы загрязнения в некоторых областях применения. Возможность управлять направлением и скоростью травления с помощью приложенного напряжения или конфигурации электродов, как при электрохимической обработке , дает дополнительные возможности, недоступные при использовании только изотропных химических подходов. Сухие методы 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.
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.
Приложения
В то время как первоначальная попытка не привела к созданию полезных продуктов, последующие работы в Европе действительно создали пригодные для использования астрономические детекторы, 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 выращивания гомоэпитаксиального алмаза с последующим высвобождением тонких пленок с помощью различных процессов «отрыва».
Это также рассматривалось в таких контекстах, как производство углеродных микроэлектромеханических систем и применение различных материалов, например, бесконтактное осаждение палладия и удлинения. 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». ссылается на гораздо более ранний патент, касающийся связанных попыток достижения 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 [ ...] ".
Эффект был упомянут вскользь в отношении новых устройств, таких как квантовые когерентные устройства, в то время как патенты на новые применения аморфного углерода и алмазных теплопроводников производителями электронных микросхем высокой плотности ссылаются на соответствующую технологию отрыва.