NIST polermetode til fremstilling af bittesmå diamantmaskiner

(PhysOrg.com) -- Diamanter er måske bedst kendt som et symbol på langvarig kærlighed. Men halvlederproducenter håber også, at de vil fungere som nøglekomponenter i langtidsholdbare mikromaskiner, hvis en ny metode udviklet ved National Institute of Standards and Technology (NIST) til udskæring af disse hårde, dygtige krystaller beviser sit værd. Metoden tilbyder en præcis måde at konstruere mikroskopiske snit i en diamantoverflade, giver potentielle fordele inden for både måle- og teknologiske områder.

Ved at kombinere deres egne observationer med baggrund hentet fra materialevidenskab, NIST-halvlederforskere har fundet en måde at skabe unikke egenskaber i diamant - hvilket potentielt kan føre til forbedringer inden for nanometri på kort tid, da det har givet holdet mulighed for at lave huller med præcis form i et af de hårdeste kendte stoffer. Men ud over skabelsen af ​​praktisk talt uforgængelige nanorulere, metoden kan en dag føre til forbedring af en klasse af elektroniske enheder, der er nyttige i mobiltelefoner, gyroskoper og medicinske implantater.

Velkendt for at lave de enormt komplekse elektroniske mikrochips, der kører vores bærbare computere, halvlederindustrien har udvidet sin portefølje ved at fremstille små enheder med bevægelige dele. Konstrueret med stort set samme teknikker som de elektroniske chips, disse "mikro-elektromekaniske systemer, ” eller MEMS, er kun et par mikrometer store. De kan registrere miljøændringer såsom varme, tryk og acceleration, potentielt gør dem i stand til at danne grundlag for bittesmå sensorer og aktuatorer til en lang række nye enheder. Men designere skal passe på, at små bevægelige dele ikke går i stå. En måde at få glidedelene til at holde længere uden at gå i stykker er at lave dem af et hårdere materiale end silicium.

"Diamant kan være det ideelle stof til MEMS-enheder, ” siger NISTs Craig McGray. "Den kan modstå ekstreme forhold, plus det er i stand til at vibrere ved de meget høje frekvenser, som ny forbrugerelektronik efterspørger. Men det er meget svært, selvfølgelig, og der har ikke været en måde at konstruere det meget præcist i små skalaer. Det tror vi, at vores metode kan gøre."

Metoden bruger en kemisk ætsningsproces til at skabe hulrum i diamantoverfladen. Den kubiske form af en diamantkrystal kan skæres i skiver på flere måder - et faktum, juvelerer drager fordel af, når de skaber facetter på ædelstene. Hastigheden af ​​ætseprocessen afhænger af skivens orientering, forekommer i en langt langsommere hastighed i retning af kubens "ansigter" - tænk på at hakke kuben i mindre terninger - og disse fladeplaner kan bruges som en slags grænse, hvor ætsningen kan stoppes, når det ønskes. I deres indledende eksperimenter, holdet skabte hulrum i bredden fra 1 til 72 mikrometer, hver med glatte lodrette sidevægge og en flad bund.
"Vi vil gerne finde ud af, hvordan vi kan optimere kontrollen over denne proces næste gang, " siger McGray, "men nogle af de måder, diamant opførte sig under de forhold, vi brugte, var uventede. Vi planlægger at udforske nogle af disse mysterier, mens vi udvikler en prototype diamant MEMS-enhed."