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【產(chǎn)通社，2月12日訊】在使鉆石成為半導體和量子應(yīng)用的可行材料的一步中，麥考瑞大學（Macquarie University）的研究人員開發(fā)了一種改變鉆石表面化學的蝕刻技術(shù)。這種高度精確的技術(shù)可以用來從材料中去除1%的單個原子層。金剛石表面的精確蝕刻是通過在低于燒蝕閾值的能流下用脈沖深紫外(DUV)光照射表面來實現(xiàn)的。
高導熱性和耐電擊穿性等特性使金剛石成為高功率、高頻電子設(shè)備的寶貴材料。此外，鉆石表面有助于穩(wěn)定量子態(tài)。以原子級精度設(shè)計鉆石表面的能力可以改善電子、量子設(shè)備和先進制造中的應(yīng)用，在這些領(lǐng)域中，即使對表面原子的配置進行微小的調(diào)整也可以顯著提高設(shè)備的性能。
研究人員證明，精確傳遞的DUV光脈沖可以引發(fā)鉆石表面的局部化學反應(yīng)。該反應(yīng)由雙光子過程驅(qū)動，選擇性地從頂部原子層移除碳原子。
利用x射線表面分析、霍爾測量和電阻測量，研究人員跟蹤了鉆石表面化學和電學性質(zhì)的演變。
用x射線光電子能譜測量激光處理后表面粒子數(shù)的變化。研究人員發(fā)現(xiàn)，亞單層蝕刻劑量形式的激光處理將價帶降低了多達0.2eV)。他們還觀察到，激光處理后鉆石表面的電導率增加了7倍——這一增強由麻省理工學院林肯實驗室的團隊合作者獨立證實。對于去除高達1600個單層的劑量，獲得了電導率的類似增強。
領(lǐng)導這項研究的理查德·米爾德倫教授說:“我們很驚訝，對表面進行如此微小的調(diào)整，就能產(chǎn)生如此大的電導率提升。”
表面化學和電性能的變化是顯著的，即使當僅移除頂部晶格層的一小部分時。材料的表面性質(zhì)迅速發(fā)展，即使對于去除少于5%的頂部碳單層的UV劑量和少于1焦耳每平方厘米(1 J/cm2)的通量。
蝕刻技術(shù)既快又精確。在實驗中，激光僅用0.2毫秒就去除了1%的單層。速度和精度的結(jié)合使得金剛石表面的激光蝕刻技術(shù)有希望用于大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，例如晶片加工。
新的紫外蝕刻技術(shù)可以提供一種處理或增強金剛石表面的實用方法，以有利于量子和熒光金剛石應(yīng)用，以及金剛石電子學。它有可能被用來提高像場效應(yīng)晶體管這樣的金剛石設(shè)備的性能。
該團隊認為，以原子精度設(shè)計鉆石表面的能力可能成為科學和工業(yè)的一個重要工具。“這只是開始，”米爾德倫說。“我們很高興探索如何進一步優(yōu)化這項技術(shù)，以釋放鉆石在電子、量子技術(shù)等領(lǐng)域的全部潛力。”
查詢進一步信息，請訪問官方網(wǎng)站 http://www.photonics.com/Articles/UV_Laser_Etching_Controls_Diamond_Surfaces_for/p5/a70570。（Robin Zhang，產(chǎn)通數(shù)造）
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