Die Heißdraht-CVD ist die älteste und gängigste Methode zur Diamantherstellung bei niedrigem Druck. 1982 erhitzten Matsumoto et al. einen hochschmelzenden Metalldraht auf über 2000 °C. Bei dieser Temperatur erzeugt das durch den Draht strömende H₂-Gas leicht Wasserstoffatome. Die Bildung von atomarem Wasserstoff während der Kohlenwasserstoffpyrolyse erhöhte die Abscheidungsrate von Diamantschichten. Diamant wird selektiv abgeschieden, während die Graphitbildung gehemmt wird. Dies führt zu Diamantschichtabscheidungsraten in der Größenordnung von mm/h, was für die in der Industrie üblicherweise verwendeten Verfahren eine sehr hohe Abscheidungsrate darstellt. Die HFCVD kann mit verschiedenen Kohlenstoffquellen durchgeführt werden, darunter Methan, Propan, Acetylen und andere Kohlenwasserstoffe sowie einige sauerstoffhaltige Kohlenwasserstoffe wie Aceton, Ethanol und Methanol. Die Zugabe von sauerstoffhaltigen Gruppen erweitert den Temperaturbereich für die Diamantabscheidung.
Neben dem typischen HFCVD-System existieren verschiedene Modifikationen. Die gebräuchlichste ist ein kombiniertes DC-Plasma- und HFCVD-System. Hierbei wird eine Vorspannung an Substrat und Glühdraht angelegt. Eine konstante positive Vorspannung am Substrat und eine bestimmte negative Vorspannung am Glühdraht bewirken, dass Elektronen das Substrat bombardieren und so Oberflächenwasserstoff desorbieren. Die Desorption führt zu einer Erhöhung der Abscheidungsrate des Diamantfilms (ca. 10 mm/h), ein Verfahren, das als elektronenunterstützte HFCVD bekannt ist. Ist die Vorspannung hoch genug, um eine stabile Plasmaentladung zu erzeugen, steigt die Zersetzung von H₂ und Kohlenwasserstoffen drastisch an, was letztendlich zu einer höheren Wachstumsrate führt. Wird die Polarität der Vorspannung umgekehrt (Substrat wird negativ vorgespannt), erfolgt ein Ionenbeschuss des Substrats, der die Diamantkeimbildung auf Nicht-Diamant-Substraten erhöht. Eine weitere Modifikation ist der Ersatz eines einzelnen Heißdrahts durch mehrere verschiedene Drähte, um eine gleichmäßige Abscheidung und letztendlich eine große Fläche des Diamantfilms zu erreichen. Der Nachteil der HFCVD besteht darin, dass die thermische Verdampfung des Drahts Verunreinigungen im Diamantfilm verursachen kann.
(2) Mikrowellenplasma-CVD (MWCVD)
In den 1970er Jahren entdeckten Wissenschaftler, dass sich die Konzentration von atomarem Wasserstoff mithilfe von Gleichstromplasma erhöhen lässt. Dadurch wurde Plasma zu einer weiteren Methode, die Bildung von Diamantschichten zu fördern, indem H₂ in atomaren Wasserstoff zerlegt und kohlenstoffbasierte Atomgruppen aktiviert werden. Neben Gleichstromplasma haben zwei weitere Plasmaarten Beachtung gefunden: Mikrowellenplasma-CVD mit einer Anregungsfrequenz von 2,45 GHz und Hochfrequenzplasma-CVD mit einer Anregungsfrequenz von 13,56 MHz. Mikrowellenplasmen sind insofern einzigartig, als die Mikrowellenfrequenz Elektronenschwingungen induziert. Bei Kollisionen von Elektronen mit Gasatomen oder -molekülen entsteht eine hohe Dissoziationsrate. Mikrowellenplasma wird oft als Materie mit „heißen“ Elektronen, „kalten“ Ionen und neutralen Teilchen beschrieben. Bei der Dünnschichtabscheidung gelangen Mikrowellen durch ein Fenster in die Plasma-CVD-Synthesekammer. Das lumineszierende Plasma ist im Allgemeinen kugelförmig, und seine Größe nimmt mit der Mikrowellenleistung zu. Diamantdünnschichten werden auf einem Substrat in einer Ecke des lumineszierenden Bereichs aufgebracht, wobei das Substrat nicht in direktem Kontakt mit dem lumineszierenden Bereich stehen muss.
–Dieser Artikel wurde veröffentlicht vonHersteller von VakuumbeschichtungsmaschinenGuangdong Zhenhua
Veröffentlichungsdatum: 19. Juni 2024