Diamanter visas ofta i utsökta smycken. Men denna fasta form av kol är också känd för sina enastående fysiska och elektroniska egenskaper. I Japan, ett samarbete mellan forskare vid Kanazawa University's Graduate School of Natural Science and Technology och AIST i Tsukuba, ledd av Ryo Yoshida, har använt vattenånga för att bilda hydroxylterminerade diamantytor som är atomiskt plana.

Diamond har många egenskaper som gör den attraktiv för användning i elektroniska enheter. Dock, diamant innehåller defekter som är observerbara på atomnivå som skapar unika ytegenskaper som påverkar hur den kan appliceras i sådana enheter.

Ytavslutning med syre eller väte stabiliserar diamantstrukturen. Väteterminerade (H-avslutade) diamantytor innehåller tvådimensionella hålgaslager (2DHG) som möjliggör högtemperatur- och högspänningsdrift. Syre-avslutade diamantytor bildas genom ytoxidation av H-avslutade ytor, som tar bort kol-väte (C-H) bindningar och 2DHG, "men det här gör upp diamantytan och leder till försämrad prestanda hos enheter, "säger Norio Tokuda från Kanazawa University.

För att övervinna detta, forskarna applicerade vattenånga glödgning. De började med (1 1 1) -orienterat högtryck, högtemperatur-syntetiska enkristallina diamant Ib- och IIa-substrat. Homoepitaxiala diamantfilmer odlades på Ib -substraten via mikrovågsplasma kemisk ångavsättning (MPCVD). För att få atomiskt plana H-avslutade ytor, diamantproverna exponerades för H-plasma i MPCVD-kammaren. För att bilda hydroxylterminerade ytor, de H-avslutade diamantproverna utsattes för glödgning av vattenånga. Glödgningsbehandlingen skedde under en atmosfär av kväve som bubblade genom ultrarent vatten i ett kvartsrör i en elektrisk ugn.

Resultaten indikerade att CH-bindningar förblev på diamantytan under vattenånga glödgning under 400 ° C; därför, 2DHG detekterades. "Dock, glödgning av vattenånga över 500 ° C avlägsnade CH-bindningar från diamantytan, "förklarar Yoshida, "indikerar försvinnandet av 2DHG."

Således, resultaten indikerar att glödgning av vattenånga kan ta bort 2DHG samtidigt som ytmorfologin för (1 1 1) -orienterade diamantytor bibehålls. "Jämfört med konventionella tekniker för att ta bort 2DHG, såsom våt kemisk oxidation, "säger Tokuda, "glödgning av vattenånga erbjuder fördelen att behålla en atomiskt plan yta."