ویفر الماس خودپشتیبانی 5-اینچی! سختی به 208.3 گیگا پاسکال می رسد

ویفر الماس خودپشتیبانی 5-اینچی! سختی به 208.3 گیگا پاسکال می رسد

الماس به عنوان سخت‌ترین ماده در طبیعت، کاربردهای مهمی در ماشین‌کاری فوق‌{0}دقیق، نیمه‌رساناها و هوافضا دارد. روش‌های سنتی{2}}درجه حرارت و فشار بالا- برای سنتز الماس از محدودیت‌هایی در اندازه، وجود چسب‌ها و دشواری در دستیابی به سختی بیش از الماس طبیعی رنج می‌برند. در حالی که پیشرفت‌های اخیر در طراحی نانوساختار (مانند نانوتخت) به طور قابل‌توجهی سختی را بهبود بخشیده است، اندازه‌های نمونه معمولاً فقط در محدوده میلی‌متری هستند و شرایط سنتز بسیار زیاد است و دستیابی به الماس‌های-در مقیاس بزرگ-در مقیاس اینچ، بایندر-رایگان، فوق‌{8}سخت را دشوار می‌سازد. اگرچه فناوری رسوب بخار شیمیایی (CVD) پتانسیل تولید الماس‌های بزرگ{10}}را دارد، سختی آن مدت‌هاست که فراتر از 200 گیگا پاسکال دشوار بوده است. بنابراین، توسعه روشی جدید برای آماده‌سازی کنترل‌شده الماس‌های{13}}در اندازه بزرگ و فوق سخت{14}}به یک نیاز فوری در این زمینه تبدیل شده است.

 

یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی لی چنگمینگ و لیو جین‌لونگ از دانشگاه علم و صنعت پکن و لو یانگ از دانشگاه هنگ کنگ مقاله‌ای با عنوان "ویفر الماس فوق سخت مقیاس اینچ-با سختی 200 گیگا پاسکال از طریق-بالا{2}}پالس‌های فرکانس بالا در رشد تعادلی محلی غیرتعادلی" منتشر کردند.

 

تیم تحقیقاتی از طریق-سیستم رسوب شیمیایی بخار شیمیایی پلاسمای مایکروویو توسعه یافته، یک استراتژی دوپینگ نیتروژن پالس چرخه ای با فرکانس بالا را برای دستیابی به کنترل محلی غیر-در طول فرآیند رشد الماس معرفی کرد، و با موفقیت یک{3}خود{3}در یک الماس ضخیم با قطر تقریباً ضخیم از{4}هاار تهیه کرد. 3 میلی متر. سختی ویکرز ویفر به 208.3 گیگا پاسکال رسید که با الماس‌های نانو دوقلوی قبلا گزارش شده قابل مقایسه است و مقاومت سایشی آن تقریباً 7 برابر الماس‌های پلی کریستالی سنتی بود. میکروسکوپ الکترونی عبوری با وضوح بالا و سایر تکنیک‌های مشخص‌سازی، تشکیل یک شبکه خطای انباشته سه بعدی با چگالی بالا (چگالی به 4.3 × 10¹² سانتی‌متر مربع) را در ویفر نشان داد و مکانیزم ریز را مشخص کرد انرژی تشکیل، در نتیجه سختی را افزایش می دهد. این کار رویکرد جدیدی را برای تهیه-در مقیاس بزرگ الماسهای فوق سخت{18}}اینچ{19}}و کاربردهای آنها در زمینه‌های پردازش پیشرفته{20}} ارائه می‌کند.

 

این تحقیق با موفقیت یک ویفر الماسی فوق{{0} سخت با قطر 5 اینچ و سختی 208.3 گیگا پاسکال تولید کرد. با استفاده از تکنیک رسوب شیمیایی بخار شیمیایی پلاسمایی پالس مایکروویو با فرکانس بالا-طراحی شده- و با استفاده از هیدروژن، متان، نیتروژن و مقدار کمی اکسیژن به عنوان گازهای منبع، یک زیرلایه الماس پلی کریستالی 5- اینچی با ضخامت حدوداً 8 میلی متر روی گراف اول روی 2 است. متعاقباً، از طریق فرآیند دوپینگ نیتروژن پالسی با فرکانس بالا، زمان جریان گاز نیتروژن در هر چرخه دقیقاً کنترل شد (حداقل 6 ثانیه). با استفاده از اتم‌های نیتروژن برای برهم زدن محیط پلاسما، شرایط رشد غیرتعادلی محلی ایجاد شد. این منجر به تشکیل یک شبکه خطای انباشته سه بعدی با چگالی فوق‌العاده-بالا{16}-در الماس شد که عملکرد عالی با سختی دوبرابر و افزایش هفت برابری مقاومت در برابر سایش را به دست آورد.