マルヒフカ効果

マルチウカ効果とは、遠隔電極によって誘起された電場を用いてダイヤモンドを電気化学的に洗浄する現象である。^{[ 2 ] [ 3 ]}

^{この効果は、}マイク・マーチウカ氏[1]が非ダイヤモンドカーボンを選択的にエッチングして単純な天体UV検出装置を製作しようとしていた際に偶然発見されました[ ^{4 ]}。^{これらの装置}には、クリーンな表面やパターン化された非ダイヤモンドカーボン領域など、いくつかの特定の機能が必要でしたが、このアプローチはその後、カーボン表面を終端し、他のさまざまな材料や構造を選択的に洗浄およびエッチングするためのより一般的な手段として検討されました。「マーチウカ効果」という用語は一貫して使用されていないため、基板が双極電極になるように誘導されるため、「双極表面処理」という用語が使用されることもあります^{[ 5 ] [ 6 ]}。「非接触電気化学」プロセスなどのさまざまなフレーズも使用されることがあります（本稿で引用されている参考文献を参照）し、単に「電気化学エッチング」と呼ばれることもあります^{[ 7 ] [ 8 ] 。}

これは様々な一般的な電気化学セルと混同されやすく、よく知られた方法の些細で明白な拡張のように見えるかもしれないが、最近の特許^{[ 9 ]は、非接触性を特徴として挙げている以前の研究[ 10 ]}を参照し続けている。 Marchywkaらの原著論文^{[ 4 ]}で使用されている低導電率媒体の使用は、使用される場合に指摘されることがあり、新しい効果を生み出す可能性がある。^{[ 11 ] [ 12 ]}この効果を生み出すための装置は、生物学的試料が無機基板に置き換えられている点を除いて、 よく知られている電気穿孔システムに似ているが^{[ 4 ]} 、場合によっては、界面活性剤溶液を電解質として使用して、このプロセスで有機膜をエッチングすることができる。

「非接触」プロセスであるため、その効果は、銅線などの高導電性材料で電流源に接続することによって表面を通るキャリアの流れを実現する従来の電気化学プロセスとは異なります。陽極に接触した材料は、陽極酸化や電解研磨など、さまざまな方法で改質できます。最初の合成ダイヤモンドが作られるとすぐに、電気化学は一般メディアで重要な関連分野として認識されました。^{[ 14 ]}しかし、遠隔電極によって生成される誘導場を使用することで、絶縁基板上の不連続領域を洗浄、改質、またはエッチング（電気エッチングと同様）することができ、電気化学的方法の役割が大幅に拡大します。

このメカニズムは誘導電場によるものと推測されるが、実際のプロセスは従来のアプローチと変わらないように見えるため、徹底的な分析はほとんど行われていない。例えば、「文献では「マルチウカ効果」として識別されている。エッチングはダイヤモンドと非ダイヤモンド炭素のガルバニック結合によるものかもしれない」^{[ 15 ]} 。印加された電場は、研磨されたダイヤモンド表面に、実際の材料除去をほとんどまたは全く行わずに、指向性のある表面改質を生成する。これは、さまざまなデバイスを作成する場合や、単にダイヤモンド表面の特性を研究する場合に望ましい可能性がある。誘導電場は、ある分子の単層を堆積または置換し、これは単分子層電気めっき法と考えることができる。これは多くの研究でより詳細に解明されている。^{[ 16 ] [ 17 ]}

電子デバイスへの応用や単結晶ダイヤモンド成長の基板として、ワイドギャップダイヤモンドを作製するための既存の技術は数多く存在する。より安定な炭素形態はバンドギャップが小さく、結晶構造も異なるため、その存在を慎重に制御する必要がある。マルヒウカ効果は特性評価され、いくつかの用途に適した表面を作製するための他の方法と比較検討されてきた。

湿式化学薬品による非ダイヤモンド炭素の除去は、硫酸とクロム酸の混合物で煮沸することによって達成された。基礎科学、結晶成長、またはデバイス製造に使用されるようなイオン注入損傷プロファイルを持つダイヤモンド基板に適用する場合、 ^{[ 18 ] [ 19 ]}電気化学的手法により、注入範囲の上にある損傷の少ないダイヤモンドの薄膜を維持しやすくなり、注入損傷が発生した後のダイヤモンドを固定するためのアニーリング実験で使用されている。 ^{[ 20 ]}場合によっては、熱サイクルが問題になる可能性があり、さまざまなマスクに対する選択性が重要になる可能性があるため、低温とより柔軟な化学は、従来技術よりも利点を提供する可能性がある。

この方法はクロムなどの不揮発性材料の使用を必要としないため、一部の用途では汚染問題を軽減できる可能性があります。電気化学加工のように、印加電圧または電極構成によってエッチングの方向と速度を制御できるため、等方性化学のみのアプローチでは得られない追加の機能が得られます。高温酸素やプラズマなどのドライ処理方法も、単純なアセチレントーチと同様に、ダイヤモンドよりも速くグラファイトを焼き切ることができます。これらはより高い温度を必要とし、電気化学的アプローチで達成できるような高い選択性はありません。^{[ 21 ]}

表面終端は固体デバイスと真空デバイスの両方で問題となることが多く、最終的な表面バンド構造の詳細はさまざまなデバイス構造の代替案と比較されてきた。^{[ 22 ] [ 23 ]}

当初の試みでは有用な製品は得られなかったが、ヨーロッパで行われた後続の研究では、この技術が明らかに利用されていないものの、使用可能な天体検出器が開発された^{[ 24 ] [ 25 ]} 。しかし、他の分野では、このアプローチは実験装置や構造物の製造工程として使用されていることから、さまざまな最終製品を作るための従来技術と競合しているように見える。多くのグループがこのアプローチを使用してホモエピタキシャルダイヤモンドを成長させ、その後、さまざまな「リフトオフ」プロセスで薄膜を剥離している^{[ 26 ] 。}

また、炭素マイクロ電気機械システムの製造^{[ 27 ] [ 28 ]}や、非接触パラジウム^{[ 6 ] [ 29 ]}の堆積や拡張などのさまざまな材料アプリケーションなどの文脈でも検討されています。 ^{[ 9 ]} Marchywkaらの元の論文を引用していませんが、非接触性を特徴として引き続き引用しており、「電極アセンブリと導電性表面は、互いに接触することなく、近接して配置することができます」。^{[ 9 ]は}、非接触電気エッチングを実現するための関連する試みを扱ったはるかに以前の特許^{[ 10 ]}を参照しており、「本発明は、陰極および陽極に関して非接触の方法で配置されたワークピースの金属表面を電気化学的に処理する方法および装置に関するものです[...]」。^{[ 4 ]}

^{この効果は、量子コヒーレントデバイス[ 30 ]}などの新しいデバイスに関して言及されている一方、高密度電子チップの製造業者によるアモルファスカーボン^{[ 31 ] [ 32 ]} やダイヤモンド熱伝導体^{[ 33 ]}の新たな用途に関する特許では、関連するリフトオフ技術が参照されている。

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