Efekt Marchywki - Marchywka effect
Efekt Marchywki odnosi się do elektrochemicznego czyszczenia diamentu za pomocą pola elektrycznego indukowanego zdalnymi elektrodami.
Odkrycie i rozwój
Po raz pierwszy został zaobserwowany przez przypadek Mike Marchywka, próbując znaleźć selektywny sposób wytrawiania węgla innego niż diament i wyprodukowania prostych astronomicznych detektorów UV. Urządzenia te wymagały kilku specyficznych cech, takich jak czyste powierzchnie i wzorzyste obszary węgla innego niż diament, ale podejście to zostało następnie zbadane jako bardziej ogólny sposób zakończenia powierzchni węglowych oraz selektywnego czyszczenia i trawienia różnych innych materiałów lub struktur. Termin „efekt Marchywki” nie jest używany konsekwentnie, a czasami używa się terminu „bipolarna obróbka powierzchni”, gdy podłoże jest indukowane, aby stać się elektrodą bipolarną . Można również stosować różne określenia, takie jak „bezkontaktowy proces elektrochemiczny” (patrz dowolne odnośniki cytowane w niniejszym dokumencie) lub można je wymienić tylko jako „trawienie elektrochemiczne”.
Chociaż można to łatwo pomylić z różnymi popularnymi ogniwami elektrochemicznymi i może wydawać się banalnym i oczywistym rozszerzeniem dobrze znanych metod, ostatnie patenty nadal odwołują się do wcześniejszych prac, które wymieniają bezkontaktowość jako cechę. Stosowanie nośnika o niskiej przewodności, takiego, jakie zastosowano w oryginalnym artykule Marchywki i wsp., Jest czasami odnotowywane, gdy jest używany i może dać nowe efekty. Urządzenie do wywoływania tego efektu jest podobne do dobrze znanego systemu elektroporacji , z tym wyjątkiem, że próbkę biologiczną zastępuje się podłożem nieorganicznym, chociaż w niektórych przypadkach folie organiczne można wytrawiać w tym procesie, stosując jako elektrolit roztwór środka powierzchniowo czynnego .
Efekty powierzchniowe
Jako proces „bezkontaktowy” efekt różni się od tradycyjnych procesów elektrochemicznych, w których przepływ nośnika przez powierzchnię uzyskuje się poprzez połączenie ze źródłem prądu za pomocą materiałów o dużej przewodności, takich jak drut miedziany. Powszechnie wiadomo, że materiały stykające się z anodą można modyfikować na różne sposoby, w tym przez anodowanie i elektropolerowanie . Elektrochemia została szybko uznana za ważną dziedzinę pokrewną w popularnej prasie, gdy powstały pierwsze syntetyczne diamenty. Jednak zastosowanie indukowanego pola wytwarzanego przez odległe elektrody pozwala na czyszczenie, modyfikację lub wytrawianie nieciągłych obszarów na podłożu izolacyjnym (podobnie jak w przypadku elektrotowania ), znacznie zwiększając rolę metod elektrochemicznych.
Przypuszcza się, że mechanizm ten jest spowodowany polem indukowanym, ale niewiele wykonano pod względem wyczerpującej analizy, ponieważ rzeczywiste procesy nie wydają się różnić od tradycyjnych podejść. Na przykład „identyfikowany w literaturze jako„ Efekt Marchywki ”. Wytrawianie może być spowodowane galwanicznym sprzężeniem węgla diamentowego i nie-diamentowego”. Zastosowane pole najwyraźniej tworzy ukierunkowane modyfikacje powierzchni na wypolerowanych powierzchniach diamentowych z niewielkim lub żadnym faktycznym usuwaniem materiału. Może to być pożądane do wykonywania różnych urządzeń lub po prostu do badania właściwości powierzchni diamentu. Indukowane pole osadza lub zastępuje pojedynczą warstwę jakiejś cząsteczki i można to uznać za metodę powlekania jednowarstwowego . Zostało to szerzej wyjaśnione w wielu pracach.
Istnieje wiele wcześniejszych technologii przygotowania diamentu o szerokiej szczelinie do zastosowania w urządzeniach elektronicznych lub jako podłoże do wzrostu diamentu monokrystalicznego. Bardziej stabilne formy węgla mają mniejsze szczeliny i różne struktury krystaliczne, a ich obecność należy dokładnie kontrolować. Efekt Marchywki został scharakteryzowany i porównany z alternatywnymi sposobami stworzenia pożądanej powierzchni do kilku zastosowań.
Usunięcie węgla innego niż diament za pomocą mokrych chemikaliów przeprowadzono przez gotowanie w mieszaninie kwasu siarkowego i chromowego . Po nałożeniu na podłoże diamentowe z profilem uszkodzeń implantacji jonów, który może być stosowany w naukach podstawowych, wzroście kryształów lub wytwarzaniu urządzeń, podejście elektrochemiczne ułatwia zachowanie cienkiej warstwy mniej uszkodzonego diamentu leżącego powyżej obszaru implantu i został użyty w eksperymentach z wyżarzaniem, aby naprawić diament po wystąpieniu uszkodzenia implantacji. W niektórych przypadkach cykl termiczny może stanowić problem, a selektywność dla różnych masek może być ważna, więc niższe temperatury i bardziej elastyczna chemia mogą oferować korzyści w porównaniu ze stanem techniki.
Metoda nie wymaga użycia nielotnych materiałów, takich jak chrom, prawdopodobnie zmniejszając problemy związane z zanieczyszczeniem w niektórych zastosowaniach. Możliwość kontrolowania kierunku i prędkości trawienia przy przyłożonym napięciu lub konfiguracji elektrod, tak jak w przypadku obróbki elektrochemicznej , daje dodatkowe możliwości niedostępne w przypadku izotropowych metod wyłącznie chemicznych. Metody obróbki na sucho, takie jak gorący tlen lub plazma, również mogą spalać grafit szybciej niż diament, podobnie jak zwykły palnik acetylenowy . Wymagają one wyższych temperatur i nie mają takiej samej wysokiej selektywności, jaką można osiągnąć w podejściu elektrochemicznym.
Zakończenie powierzchni jest często problemem zarówno w przypadku urządzeń półprzewodnikowych, jak i próżniowych, a szczegóły końcowej struktury pasmowej powierzchni porównano z rozwiązaniami alternatywnymi w różnych konstrukcjach urządzeń.
Aplikacje
Podczas gdy pierwotne wysiłki nie przyniosły użytecznych produktów, kontynuacja prac w Europie przyniosła użyteczne detektory astronomiczne, ale bez widocznego użycia tej technologii. Jednak w innych obszarach podejście to wydaje się konkurencyjne w stosunku do stanu techniki w zakresie wytwarzania różnych produktów końcowych, ponieważ zostało wykorzystane jako etap wytwarzania eksperymentalnych urządzeń i konstrukcji. Wiele grup zastosowało to podejście do wyhodowania homoepitaksjalnego diamentu, a następnie uwolnienia cienkich warstw z różnymi procesami „odrywania”.
Rozważano go również w kontekście, takim jak produkcja mikroelektromechanicznych systemów węglowych i różnych zastosowaniach materiałów, na przykład bezkontaktowego osadzania palladu i rozszerzeń. Nie cytując oryginalnego artykułu Marchywki i wsp., Ci nadal wymieniają bezkontaktowość jako cechę: „Zespół elektrody i przewodząca powierzchnia mogą być umieszczone blisko siebie, ale bez stykania się ze sobą”. odwołuje się do znacznie wcześniejszego patentu obejmującego pokrewne próby osiągnięcia bezkontaktowego wytrawiania elektrostatycznego: „Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu i urządzenia do elektrochemicznej obróbki metalowych powierzchni przedmiotów obrabianych, rozmieszczonych w sposób bezkontaktowy w odniesieniu do katody i anody [ ...] ”.
O efekcie wspomniano mimochodem w odniesieniu do nowatorskich urządzeń, takich jak koherentne urządzenia kwantowe, podczas gdy patenty dotyczące nowych zastosowań amorficznych węglowych i diamentowych przewodników ciepła przez producentów chipów elektronicznych o dużej gęstości odnoszą się do powiązanej technologii odrywania.