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Study and characterization of diamond surface for biosensoring applications

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1.1– General properties To overcome natural diamond flaws, researchers realised that in order to form diamond in an easy and not too much expensive way, conditions are needed where diamond is the more stable phase. The knowledge of the conditions under which natural diamond is formed deep underground suggested that diamond could be formed by heating car- bon under extreme pressure. This process forms the basis of the so-called High-PressureHigh-Temperature (HPHT)growthtechnique,firstmarketed by General Electric, and which has been used to produce industrial diamond for several decades. In this process, graphite is compressed in a hydraulic press to tens of thou- sands of atmospheres, heated to over 2000 K in the presence of a suitable metal catalyst, and left until crystallises and forms diamond [28]. The diamond crystals so produced are used for a wide range of industrial processes, whichusethehardnessandwearresistancepropertiesofdiamond, suchascuttingandmachiningmechanicalcomponents,andforpolishingand grinding of optics. However,thedrawbackoftheHPHTmethodisthatitstillproducesdiamond in the form of single crystals ranging in size from nanometers to millimeters, and this limits the range of applications for which it can be used. What is required is a method to produce diamond in a form that can allow many more of its superlative properties to be exploited, in other words, as a diamond thin film. 1.1.1 Chemical vapor deposition Chemical vapor deposition, as its name implies, involves a gas-phase chem- ical reaction occurring above a solid surface, which causes deposition onto that surface. All CVD techniques for producing diamond films require a means of activat- inggas-phasecarbon-containingprecursormolecules. Thisgenerallyinvolves thermal (e.g. hot filament) or plasma (D.C., R.F., or microwave) activation, or use of a combustion flame (oxyacetylene or plasma torches). Figure 1.4 illustrates two of the more popular experimental methods and gives some indication of typical operating conditions. While each method differs in detail, they all share features in common. For example, growth of diamond normally requires that the substrate be maintained at a temperature in the range 1000-1400 K, and that the pre- cursor gas be diluted in an excess of hydrogen (typical CH 4 mixing ratio 1-2 vol%). The resulting films are usually polycrystalline, with a morphol- ogy that is sensitive to the precise growth conditions. Growth rates for the various deposition processes vary considerably, and it is usually found that 11
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Study and characterization of diamond surface for biosensoring applications

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Informazioni tesi

Autore: Micaela Castellino
Tipo: Tesi di Dottorato
Dottorato in Fisica Fondamentale, Applicata ed Astrofisica
Anno: 2007
Docente/Relatore: Ettore Vittone
Correlatore: AlbertoPasquarelli
Istituito da: Università degli Studi di Torino
Dipartimento: Dipartimento di Fisica Sperimentale
Lingua: Inglese
Num. pagine: 180

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Parole chiave

hydrogenation
oxidation
neurons
biosensor
diamond
xps
contact angle
hfcvd
ups
electrical measurements

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