تكنولوجيا الأغشية الرقيقة الماسية - الفصل الأول

تُعدّ تقنية الترسيب الكيميائي للبخار باستخدام خيوط ساخنة (HFCVD) أقدم وأشهر طرق إنتاج الماس تحت ضغط منخفض. في عام 1982، قام ماتسوموتو وزملاؤه بتسخين خيط معدني مقاوم للحرارة إلى أكثر من 2000 درجة مئوية، وهي درجة حرارة تسمح لغاز الهيدروجين (H2) المار عبر الخيط بإنتاج ذرات الهيدروجين بسهولة. وقد أدى إنتاج الهيدروجين الذري أثناء التحلل الحراري للهيدروكربونات إلى زيادة معدل ترسيب طبقات الماس. يتم ترسيب الماس بشكل انتقائي مع تثبيط تكوين الجرافيت، مما ينتج عنه معدلات ترسيب لطبقات الماس تصل إلى بضعة ملليمترات في الساعة، وهو معدل مرتفع للغاية مقارنةً بالطرق الشائعة الاستخدام في الصناعة. يمكن إجراء تقنية HFCVD باستخدام مصادر كربون متنوعة، مثل الميثان والبروبان والأسيتيلين والهيدروكربونات الأخرى، وحتى بعض الهيدروكربونات المحتوية على الأكسجين، مثل الأسيتون والإيثانول والميثانول. وتؤدي إضافة المجموعات المحتوية على الأكسجين إلى توسيع نطاق درجة الحرارة اللازمة لترسيب الماس.

بالإضافة إلى نظام الترسيب الكيميائي للبخار بمساعدة البلازما (HFCVD) التقليدي، توجد عدة تعديلات عليه. وأكثرها شيوعًا هو نظام البلازما المستمر المدمج مع HFCVD. في هذا النظام، يُطبَّق جهد انحياز على الركيزة والفتيل. يؤدي انحياز موجب ثابت على الركيزة وانحياز سالب معين على الفتيل إلى قصف الإلكترونات للركيزة، مما يسمح بانطلاق الهيدروجين من سطحها. ينتج عن هذا الانطلاق زيادة في معدل ترسيب طبقة الماس (حوالي 10 مم/ساعة)، وهي تقنية تُعرف باسم HFCVD بمساعدة الإلكترونات. عندما يكون جهد الانحياز مرتفعًا بما يكفي لتكوين تفريغ بلازما مستقر، يزداد تحلل الهيدروجين والهيدروكربونات بشكل كبير، مما يؤدي في النهاية إلى زيادة معدل النمو. عند عكس قطبية الانحياز (أي تطبيق انحياز سالب على الركيزة)، يحدث قصف أيوني للركيزة، مما يؤدي إلى زيادة في تكوين نوى الماس على الركائز غير الماسية. يتمثل أحد التعديلات الأخرى في استبدال خيط التسخين الواحد بعدة خيوط مختلفة لتحقيق ترسيب متجانس، وبالتالي الحصول على طبقة ماسية واسعة المساحة. أما عيب تقنية الترسيب الكيميائي للبخار بمساعدة البلازما (HFCVD) فهو أن التبخر الحراري للخيط قد يُسبب تلوثًا في طبقة الماس.

(2) الترسيب الكيميائي للبخار بالبلازما الميكروية (MWCVD)

في سبعينيات القرن الماضي، اكتشف العلماء إمكانية زيادة تركيز الهيدروجين الذري باستخدام بلازما التيار المستمر. ونتيجةً لذلك، أصبحت البلازما طريقةً أخرى لتعزيز تكوين أغشية الماس عن طريق تحليل جزيء الهيدروجين (H2) إلى هيدروجين ذري وتنشيط المجموعات الذرية الكربونية. بالإضافة إلى بلازما التيار المستمر، حظي نوعان آخران من البلازما باهتمامٍ كبير. يتميز ترسيب البخار الكيميائي باستخدام بلازما الميكروويف بتردد إثارة يبلغ 2.45 جيجاهرتز، بينما يتميز ترسيب البخار الكيميائي باستخدام بلازما الترددات الراديوية بتردد إثارة يبلغ 13.56 ميجاهرتز. تتميز بلازما الميكروويف بقدرتها الفريدة على تحفيز اهتزازات الإلكترونات عند تردد الميكروويف. وعندما تصطدم الإلكترونات بذرات أو جزيئات الغاز، ينتج معدل تفكك عالٍ. غالبًا ما يُشار إلى بلازما الميكروويف على أنها مادة تحتوي على إلكترونات "ساخنة" وأيونات "باردة" وجسيمات متعادلة. أثناء ترسيب الأغشية الرقيقة، تدخل موجات الميكروويف إلى حجرة التخليق الكيميائي المعزز بالبلازما عبر نافذة. عادةً ما تكون البلازما المتألقة كروية الشكل، ويزداد حجم الكرة مع زيادة قدرة الميكروويف. يتم تنمية الأغشية الرقيقة من الماس على ركيزة في زاوية المنطقة المضيئة، ولا يجب أن تكون الركيزة على اتصال مباشر بالمنطقة المضيئة.

– نُشر هذا المقال بواسطةمصنع آلات الطلاء بالتفريغقوانغدونغ تشنهوا