Effet Marchywka - Marchywka effect
L' effet Marchywka fait référence au nettoyage électrochimique du diamant à l' aide d'un champ électrique induit avec des électrodes distantes.
Découverte et développement
Il a été observé pour la première fois par accident par Mike Marchywka en essayant de trouver un moyen sélectif pour graver du carbone non diamant et fabriquer de simples dispositifs de détection UV astronomiques. Ces dispositifs nécessitaient quelques caractéristiques spécifiques telles que des surfaces propres et des zones à motifs de carbone non diamant, mais l'approche a ensuite été explorée comme un moyen plus général de terminer les surfaces de carbone et de nettoyer et de graver sélectivement divers autres matériaux ou structures. Le terme «effet Marchywka» n'est pas utilisé de manière cohérente et parfois le terme «traitement de surface bipolaire» est utilisé lorsque le substrat est amené à devenir une électrode bipolaire . Diverses expressions telles que le procédé «électrochimique sans contact» peuvent également être utilisées (voir toutes les références citées ici) ou elles peuvent être simplement mentionnées comme une «gravure électrochimique».
Bien que cela soit facilement confondu avec diverses cellules électrochimiques communes et puisse sembler être une extension triviale et évidente de méthodes bien connues, les brevets récents continuent de faire référence à des travaux antérieurs qui citent la non-contact comme une caractéristique. L'utilisation d'un milieu à faible conductivité tel qu'utilisé dans l'article original de Marchywka et al.est parfois notée lorsqu'il est utilisé et peut produire de nouveaux effets. L'appareil pour créer l'effet est similaire au système d' électroporation bien connu sauf que l'échantillon biologique est remplacé par un substrat inorganique, bien que, dans certains cas, des films organiques puissent être gravés avec ce procédé en utilisant une solution de tensioactif comme électrolyte .
Effets de surface
En tant que processus «sans contact», l'effet diffère des processus électrochimiques traditionnels où le flux de porteurs à travers la surface est obtenu par connexion à une source de courant avec des matériaux hautement conducteurs tels que le fil de cuivre. Il est bien connu que les matériaux mis en contact avec une anode peuvent être modifiés de diverses manières, y compris l' anodisation et l' électropolissage . L'électrochimie a été rapidement reconnue comme un domaine connexe important dans la presse populaire une fois que les premiers diamants synthétiques ont été fabriqués. Cependant, l'utilisation d'un champ induit créé par des électrodes distantes permet de nettoyer, de modifier ou de graver des zones discontinues sur un substrat isolant (similaire à l' électro- gravure ), élargissant considérablement le rôle des méthodes électrochimiques.
Le mécanisme est supposé être dû au champ induit, mais peu d'analyses exhaustives ont été effectuées, car les processus réels ne semblent pas différer des approches traditionnelles. Par exemple, "identifié comme" l'effet Marchywka "dans la littérature. La gravure peut être due au couplage galvanique du diamant et du carbone non diamant". Le champ appliqué crée apparemment des modifications de surface dirigées sur des surfaces de diamant polies avec peu ou pas d'enlèvement réel de matière. Cela peut être souhaitable pour fabriquer divers dispositifs, ou simplement pour étudier les propriétés de la surface du diamant. Le champ induit dépose ou remplace une seule couche d'une molécule et cela pourrait être considéré comme une méthode de galvanoplastie monocouche . Il a été élucidé plus en détail dans de nombreux ouvrages.
De nombreuses technologies antérieures existent pour préparer un diamant à large espace destiné à être utilisé dans des dispositifs électroniques ou comme substrat pour la croissance d'un diamant monocristallin. Les formes de carbone les plus stables ont des intervalles inférieurs et des structures cristallines différentes, et leur présence doit être soigneusement contrôlée. L'effet Marchywka a été caractérisé et comparé à des moyens alternatifs pour créer une surface souhaitée pour plusieurs applications.
L'élimination du carbone non diamantifère avec des produits chimiques humides avait été réalisée par ébullition dans des mélanges d' acide sulfurique et chromique . Lorsqu'elle est appliquée à un substrat de diamant avec un profil de dommages par implantation ionique tel qu'il peut être utilisé pour la science de base, la croissance cristalline ou la fabrication de dispositifs, l'approche électrochimique facilite la préservation du film mince de diamant moins endommagé se trouvant au-dessus de la plage de l'implant, et il a été utilisé dans des expériences de recuit pour fixer le diamant après un dommage d'implantation. Dans certains cas, le cyclage thermique peut être un problème et la sélectivité pour divers masques peut être importante, de sorte que les températures plus basses et une chimie plus flexible peuvent offrir des avantages par rapport à l'art antérieur.
Le procédé ne nécessite pas l'utilisation de matériaux non volatils tels que le chrome, réduisant éventuellement les problèmes de contamination dans certaines applications. La capacité de contrôler la direction et la vitesse de gravure avec une tension appliquée ou une configuration d'électrode, comme avec l' usinage électrochimique , donne des capacités supplémentaires non disponibles avec les approches chimiques isotropes uniquement. Les méthodes de traitement à sec telles que l'oxygène chaud ou les plasmas peuvent également brûler le graphite plus rapidement que le diamant, tout comme une simple torche à acétylène . Ceux-ci nécessitent des températures plus élevées et n'ont pas la même sélectivité élevée qui peut être obtenue avec l'approche électrochimique.
La terminaison de surface est souvent un problème avec les dispositifs à semi-conducteurs et à vide, et les détails de la structure finale de la bande de surface ont été comparés à des alternatives dans diverses structures de dispositifs.
Applications
Alors que l'effort initial n'a pas réussi à produire des produits utiles, les travaux ultérieurs en Europe ont produit des détecteurs astronomiques utilisables, mais sans utilisation apparente de cette technologie. Dans d'autres domaines, cependant, l'approche semble être compétitive, avec l'art antérieur pour la fabrication de divers produits finaux, puisqu'elle a été utilisée comme étape de fabrication pour des dispositifs et des structures expérimentales. De nombreux groupes ont utilisé l'approche pour faire croître du diamant homoépitaxial et ensuite libérer les films minces avec une variété de processus de "décollage".
Elle a également été envisagée dans des contextes tels que la production de systèmes microélectromécaniques au carbone et différentes applications de matériaux, par exemple avec des dépôts et des extensions de palladium sans contact. Tout en ne citant pas l'article original de Marchywka et al., Ceux-ci continuent de citer la non-mise en contact comme une caractéristique, "L'assemblage d'électrode et la surface conductrice peuvent être positionnés à proximité étroite, mais sans se mettre en contact". fait référence à un brevet beaucoup plus ancien couvrant des tentatives associées pour réaliser une électro-gravure sans contact, "La présente invention concerne un procédé et un appareil pour le traitement électrochimique de surfaces métalliques de pièces disposées sans contact par rapport à la cathode et à l'anode [ ...]. "
L'effet a été mentionné au passage en ce qui concerne de nouveaux dispositifs tels que les dispositifs quantiques cohérents tandis que les brevets sur les utilisations émergentes des conducteurs thermiques en carbone amorphe et diamant par les fabricants de puces électroniques haute densité font référence à la technologie de décollage associée.