Fabbricazione di nano-canali grafitici in substrati di diamante artificiale con tecniche di litografia a fascio ionico

My thesis work is about the fabrication and the characterization of graphitic nano-channels in artificial diamond. The fabrication of these graphitic structures was carried out whit ion beam lithography techniques. Ionics implantations allows to locally damage the diamond crystalline structure and in the regions where the damage is over a threshold value (called graphitization threshold) it is possible to change the diamond crystalline structure with that of the graphite with an annealing process. The graphitic channels characterization was performed using two different etching techniques, in this way it was possible to achieve images (whit a scanning electron microscope) where the graphitic regions are distinguishable from diamond. When I observed the first graphitic nano-channel I developed a model for the determination of the graphitic threshold. This model uses the SRIM output, an electronic simulator that use a Monte Carlo code for determines the crystalline structure damage of a sample after ionic implantation.

L'attività svolta è stata dedicata alla fabbricazione e alla caratterizzazione di nano-canali grafitici in diamante artificiale. La fabbricazione delle strutture grafitiche è stata effettuata utilizzando tecniche di litografia ionica. Eseguire un'impiantazione ionica permette di danneggiare localmente la struttura cristallina del diamante e nelle regioni in cui il danneggiamento è risultato essere superiore ad un certo valore di soglia (chiamata soglia di grafitizzazione) è stato possibile far transire la struttura cristallina tipica del diamante ad una struttura cristallina tipica della grafite trattando termicamente il campione. La caratterizzazione dei canali grafitici è stata eseguita utilizzando tecniche di rimozione selettiva della grafite, in modo tale per cui si potessero ottenere immagini (realizzate con un microscopio elettronico a scansione) per cui fosse possibile distinguere la struttura grafitica realizzata dal diamante circostante. Ottenute le prime evidenze sperimentali della capacità di riuscire a nanofabbricare le strutture grafitiche, è stato sviluppato un modello per riuscire a stabilire il valore della soglia di grafitizzazione. Il modello è stato elaborato a partire dai dati ottenuti da SRIM, un simulatore elettronico che utilizza un codice Monte Carlo per determinare il danneggiamento della struttura cristallina di un materiale bersaglio a causa dell'impiantazione ionica.