Heißfilament-CVD ist das älteste und gängigste Verfahren zur Diamantenzucht bei niedrigem Druck. 1982 erhitzten Matsumoto et al. ein Glühfilament aus feuerfestem Metall auf über 2000 °C, bei dieser Temperatur produzierte das durch das Filament strömende H2-Gas leicht Wasserstoffatome. Die Produktion von atomarem Wasserstoff während der Kohlenwasserstoffpyrolyse erhöhte die Abscheidungsrate der Diamantschichten. Diamant wird selektiv abgeschieden und die Graphitbildung gehemmt, wodurch Diamantschichtabscheidungsraten in der Größenordnung von mm/h erzielt werden, was für die industriell üblichen Methoden eine sehr hohe Abscheidungsrate darstellt. HFCVD kann mit einer Reihe von Kohlenstoffquellen durchgeführt werden, z. B. Methan, Propan, Acetylen und anderen Kohlenwasserstoffen und sogar einigen sauerstoffhaltigen Kohlenwasserstoffen wie Aceton, Ethanol und Methanol. Die Zugabe von sauerstoffhaltigen Gruppen erweitert den Temperaturbereich für die Diamantabscheidung.
Neben dem typischen HFCVD-System gibt es eine Reihe von Modifikationen des HFCVD-Systems. Am gebräuchlichsten ist ein kombiniertes DC-Plasma- und HFCVD-System. In diesem System kann eine Vorspannung an das Substrat und den Glühfaden angelegt werden. Eine konstante positive Vorspannung am Substrat und eine bestimmte negative Vorspannung am Glühfaden führen dazu, dass Elektronen das Substrat bombardieren, wodurch Oberflächenwasserstoff desorbiert werden kann. Das Ergebnis der Desorption ist eine Erhöhung der Abscheidungsrate des Diamantfilms (etwa 10 mm/h). Diese Technik wird als elektronenunterstützte HFCVD bezeichnet. Wenn die Vorspannung hoch genug ist, um eine stabile Plasmaentladung zu erzeugen, nimmt die Zersetzung von H2 und Kohlenwasserstoffen dramatisch zu, was letztendlich zu einer Erhöhung der Wachstumsrate führt. Wenn die Polarität der Vorspannung umgekehrt wird (Substrat wird negativ vorgespannt), kommt es zu einem Ionenbombardement auf das Substrat, was zu einer erhöhten Diamantkeimbildung auf Nicht-Diamant-Substraten führt. Eine weitere Modifikation besteht darin, einen einzelnen heißen Glühfaden durch mehrere verschiedene Glühfäden zu ersetzen, um eine gleichmäßige Abscheidung und letztlich eine große Fläche des Diamantfilms zu erreichen. Der Nachteil von HFCVD besteht darin, dass durch die thermische Verdampfung des Glühfadens Verunreinigungen im Diamantfilm entstehen können.
(2) Mikrowellen-Plasma-CVD (MWCVD)
In den 1970er Jahren entdeckten Wissenschaftler, dass sich die Konzentration von atomarem Wasserstoff durch Gleichstromplasma erhöhen lässt. Dadurch wurde Plasma zu einer weiteren Methode, die Bildung von Diamantschichten durch die Zerlegung von Wasserstoff in atomaren Wasserstoff und die Aktivierung kohlenstoffbasierter Atomgruppen zu fördern. Neben Gleichstromplasma haben zwei weitere Plasmaarten Beachtung gefunden: die Mikrowellenplasma-CVD mit einer Anregungsfrequenz von 2,45 GHz, die HF-Plasma-CVD mit einer Anregungsfrequenz von 13,56 MHz. Die Besonderheit von Mikrowellenplasmen besteht darin, dass die Mikrowellenfrequenz Elektronenschwingungen induziert. Treffen Elektronen auf Gasatome oder -moleküle, entsteht eine hohe Dissoziationsrate. Mikrowellenplasma wird oft als Materie mit „heißen“ Elektronen, „kalten“ Ionen und neutralen Teilchen bezeichnet. Bei der Dünnschichtabscheidung gelangen Mikrowellen durch ein Fenster in die plasmaunterstützte CVD-Synthesekammer. Das leuchtende Plasma hat im Allgemeinen eine kugelförmige Gestalt, deren Größe mit zunehmender Mikrowellenleistung zunimmt. In einer Ecke des Lumineszenzbereichs werden dünne Diamantfilme auf einem Substrat gezüchtet, wobei das Substrat nicht in direktem Kontakt mit dem Lumineszenzbereich stehen muss.
–Dieser Artikel wurde veröffentlicht vonHersteller von VakuumbeschichtungsanlagenGuangdong Zhenhua
Veröffentlichungszeit: 19. Juni 2024