Efeito Marchywka - Marchywka effect
O efeito Marchywka refere-se à limpeza eletroquímica do diamante usando um campo elétrico induzido com eletrodos remotos.
Descoberta e desenvolvimento
Ele foi observado pela primeira vez por acidente por Mike Marchywka enquanto tentava encontrar um meio seletivo para gravar carbono não-diamante e fabricar dispositivos astronômicos simples de detecção de UV. Esses dispositivos exigiam alguns recursos específicos, como superfícies limpas e áreas padronizadas de carbono não-diamante, mas a abordagem foi posteriormente explorada como um meio mais geral para terminar as superfícies de carbono e limpar e gravar seletivamente vários outros materiais ou estruturas. O termo "efeito Marchywka" não é usado consistentemente e às vezes o termo "tratamento de superfície bipolar" é usado quando o substrato é induzido a se tornar um eletrodo bipolar . Várias frases, tais como processo "eletroquímico sem contato" também podem ser usadas (ver quaisquer referências citadas neste documento) ou pode ser mencionado apenas como uma "gravação eletroquímica".
Embora isso seja facilmente confundido com várias células eletroquímicas comuns e possa parecer uma extensão trivial e óbvia de métodos bem conhecidos, patentes recentes continuam a fazer referência a trabalhos anteriores que citam a falta de contato como uma característica. O uso de um meio de baixa condutividade como o usado no artigo original de Marchywka et al. Às vezes é notado quando é usado e pode produzir novos efeitos. O aparelho para criar o efeito é semelhante ao conhecido sistema de eletroporação , exceto que a amostra biológica é substituída por um substrato inorgânico, embora, em alguns casos, filmes orgânicos possam ser gravados com este processo usando uma solução surfactante como eletrólito .
Efeitos de superfície
Como um processo "sem contato", o efeito difere dos processos eletroquímicos tradicionais, onde o fluxo do portador através da superfície é obtido pela conexão a uma fonte de corrente com materiais altamente condutores, como fio de cobre. É bem conhecido que os materiais em contato com um ânodo podem ser modificados de várias maneiras, incluindo anodização e eletropolimento . A eletroquímica foi rapidamente reconhecida como um importante campo relacionado na imprensa popular assim que os primeiros diamantes sintéticos foram feitos. No entanto, o uso de um campo induzido criado por eletrodos remotos permite que áreas descontínuas em um substrato isolante sejam limpas, modificadas ou gravadas (semelhante ao eletroetching ), expandindo muito o papel dos métodos eletroquímicos.
Presume-se que o mecanismo seja devido ao campo induzido, mas pouco foi feito em termos de análise exaustiva, uma vez que os processos reais não parecem diferir das abordagens tradicionais. Por exemplo, "identificado como o 'Efeito Marchywka' na literatura. A corrosão pode ser devido ao acoplamento galvânico de diamante e carbono não diamante". O campo aplicado aparentemente cria modificações de superfície direcionadas em superfícies de diamante polido com pouca ou nenhuma remoção real de material. Isso pode ser desejável para fazer vários dispositivos ou simplesmente estudar as propriedades da superfície do diamante. O campo induzido deposita ou substitui uma única camada de alguma molécula e isso pode ser considerado um método de eletrodeposição em monocamada . Ele foi elucidado de forma mais completa em muitos trabalhos.
Muitas tecnologias anteriores existem para preparar o diamante de grande abertura para uso em dispositivos eletrônicos ou como um substrato para o crescimento de diamante de cristal único. As formas mais estáveis de carbono têm lacunas menores e estruturas cristalinas diferentes, e sua presença deve ser controlada com cuidado. O Efeito Marchywka foi caracterizado e comparado a meios alternativos para criar uma superfície desejada para várias aplicações.
A remoção do carbono não-diamante com produtos químicos úmidos foi realizada fervendo em misturas de ácido sulfúrico e crômico . Quando aplicado a um substrato de diamante com um perfil de dano de implantação de íon que pode ser usado para ciência básica, crescimento de cristal ou fabricação de dispositivo, a abordagem eletroquímica torna mais fácil preservar a película fina de diamante menos danificado acima da faixa do implante, e tem sido usado em experimentos de recozimento para fixar o diamante após a ocorrência de dano de implantação. Em alguns casos, a ciclagem térmica pode ser um problema e a seletividade para várias máscaras pode ser importante, portanto, as temperaturas mais baixas e a química mais flexível podem oferecer benefícios em relação à técnica anterior.
O método não requer o uso de materiais não voláteis como o cromo, possivelmente reduzindo os problemas de contaminação em algumas aplicações. A capacidade de controlar a direção e velocidade de corrosão com uma tensão aplicada ou configuração de eletrodo, assim como na usinagem eletroquímica , oferece recursos adicionais não disponíveis com abordagens isotrópicas apenas de produtos químicos. Os métodos de processamento a seco, como oxigênio quente ou plasmas, também podem queimar o grafite mais rápido do que o diamante, assim como uma simples tocha de acetileno . Estes requerem temperaturas mais altas e não têm a mesma alta seletividade que pode ser alcançada com a abordagem eletroquímica.
A terminação de superfície é frequentemente um problema com dispositivos de estado sólido e de vácuo, e os detalhes da estrutura de banda da superfície final foram comparados com alternativas em várias estruturas de dispositivos.
Formulários
Embora o esforço original tenha falhado em produzir produtos úteis, o trabalho subsequente na Europa produziu detectores astronômicos utilizáveis, mas sem o uso aparente dessa tecnologia. Em outras áreas, no entanto, a abordagem parece ser competitiva, com a técnica anterior para fazer vários produtos finais, uma vez que tem sido usada como uma etapa de fabricação para dispositivos e estruturas experimentais. Muitos grupos usaram a abordagem para cultivar o diamante homoepitaxial e, subsequentemente, liberar os filmes finos com uma variedade de processos de "decolagem".
Também foi considerado em contextos como a produção de sistemas microeletromecânicos de carbono e diferentes aplicações de materiais, por exemplo, com deposição e extensões de paládio sem contato. Embora não citando o artigo original de Marchywka et al., Eles continuam a citar a falta de contato como uma característica, "O conjunto do eletrodo e a superfície condutora podem ser posicionados próximos, mas sem contato um com o outro" faz referência a uma patente muito anterior que cobre tentativas relacionadas para conseguir eletrocondicionamento sem contato, "A presente invenção se refere a um método e aparelho para o processamento eletroquímico de superfícies metálicas de peças de trabalho dispostas de uma maneira sem contato em relação ao cátodo e ânodo [ ...]. "
O efeito foi mencionado de passagem com relação a novos dispositivos, como dispositivos quânticos coerentes, enquanto as patentes sobre usos emergentes para carbono amorfo e condutores térmicos de diamante por fabricantes de chips eletrônicos de alta densidade fazem referência à tecnologia de decolagem relacionada.