Η θερμή χημική απεικόνιση (CVD) με νήμα θερμού νήματος είναι η παλαιότερη και πιο δημοφιλής μέθοδος καλλιέργειας διαμαντιών σε χαμηλή πίεση. Το 1982, οι Matsumoto et al. θέρμαναν ένα πυρίμαχο μεταλλικό νήμα σε θερμοκρασία άνω των 2000°C, στην οποία θερμοκρασία το αέριο H2 που διέρχεται από το νήμα παράγει εύκολα άτομα υδρογόνου. Η παραγωγή ατομικού υδρογόνου κατά την πυρόλυση υδρογονανθράκων αύξησε τον ρυθμό εναπόθεσης μεμβρανών διαμαντιού. Το διαμάντι εναποτίθεται επιλεκτικά και ο σχηματισμός γραφίτη αναστέλλεται, με αποτέλεσμα ρυθμούς εναπόθεσης μεμβρανών διαμαντιού της τάξης των mm/h, που είναι ένας πολύ υψηλός ρυθμός εναπόθεσης για τις μεθόδους που χρησιμοποιούνται συνήθως στη βιομηχανία. Η HFCVD μπορεί να πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας μια ποικιλία πηγών άνθρακα, όπως μεθάνιο, προπάνιο, ακετυλένιο και άλλους υδρογονάνθρακες, ακόμη και ορισμένους υδρογονάνθρακες που περιέχουν οξυγόνο, όπως ακετόνη, αιθανόλη και μεθανόλη. Η προσθήκη ομάδων που περιέχουν οξυγόνο διευρύνει το εύρος θερμοκρασιών για την εναπόθεση διαμαντιού.
Εκτός από το τυπικό σύστημα HFCVD, υπάρχουν ορισμένες τροποποιήσεις στο σύστημα HFCVD. Η πιο συνηθισμένη είναι ένα συνδυασμένο σύστημα πλάσματος συνεχούς ρεύματος και HFCVD. Σε αυτό το σύστημα, μπορεί να εφαρμοστεί τάση πόλωσης στο υπόστρωμα και το νήμα. Μια σταθερή θετική πόλωση στο υπόστρωμα και μια ορισμένη αρνητική πόλωση στο νήμα προκαλεί τον βομβαρδισμό ηλεκτρονίων από το υπόστρωμα, επιτρέποντας την εκρόφηση του επιφανειακού υδρογόνου. Το αποτέλεσμα της εκρόφησης είναι η αύξηση του ρυθμού εναπόθεσης της διαμαντένιας μεμβράνης (περίπου 10 mm/h), μια τεχνική γνωστή ως HFCVD με υποβοήθηση ηλεκτρονίων. Όταν η τάση πόλωσης είναι αρκετά υψηλή για να δημιουργήσει μια σταθερή εκκένωση πλάσματος, η αποσύνθεση του H2 και των υδρογονανθράκων αυξάνεται δραματικά, γεγονός που τελικά οδηγεί σε αύξηση του ρυθμού ανάπτυξης. Όταν η πολικότητα της πόλωσης αντιστραφεί (το υπόστρωμα είναι αρνητικά πολωμένο), λαμβάνει χώρα βομβαρδισμός ιόντων στο υπόστρωμα, οδηγώντας σε αύξηση της πυρήνωσης διαμαντιού σε υποστρώματα που δεν είναι διαμάντια. Μια άλλη τροποποίηση είναι η αντικατάσταση ενός μόνο θερμού νήματος με πολλά διαφορετικά νήματα, προκειμένου να επιτευχθεί ομοιόμορφη εναπόθεση και τελικά μια μεγάλη περιοχή μεμβράνης διαμαντιού. Το μειονέκτημα του HFCVD είναι ότι η θερμική εξάτμιση του νήματος μπορεί να σχηματίσει ρύπους στη μεμβράνη διαμαντιού.
(2) CVD πλάσματος μικροκυμάτων (MWCVD)
Τη δεκαετία του 1970, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι η συγκέντρωση του ατομικού υδρογόνου θα μπορούσε να αυξηθεί χρησιμοποιώντας πλάσμα συνεχούς ρεύματος. Ως αποτέλεσμα, το πλάσμα έγινε μια άλλη μέθοδος για την προώθηση του σχηματισμού μεμβρανών διαμαντιού με την αποσύνθεση του H2 σε ατομικό υδρογόνο και την ενεργοποίηση ατομικών ομάδων με βάση τον άνθρακα. Εκτός από το πλάσμα συνεχούς ρεύματος, δύο άλλοι τύποι πλάσματος έχουν επίσης τραβήξει την προσοχή. Το πλάσμα μικροκυμάτων με CVD έχει συχνότητα διέγερσης 2,45 GHZ και το πλάσμα RF με CVD έχει συχνότητα διέγερσης 13,56 MHz. Τα πλάσματα μικροκυμάτων είναι μοναδικά στο ότι η συχνότητα των μικροκυμάτων προκαλεί δονήσεις ηλεκτρονίων. Όταν τα ηλεκτρόνια συγκρούονται με άτομα ή μόρια αερίου, παράγεται υψηλός ρυθμός διάσπασης. Το πλάσμα μικροκυμάτων αναφέρεται συχνά ως ύλη με «θερμά» ηλεκτρόνια, «κρύα» ιόντα και ουδέτερα σωματίδια. Κατά την εναπόθεση λεπτής μεμβράνης, τα μικροκύματα εισέρχονται στον θάλαμο σύνθεσης CVD με ενίσχυση πλάσματος μέσω ενός παραθύρου. Το φωταυγές πλάσμα έχει γενικά σφαιρικό σχήμα και το μέγεθος της σφαίρας αυξάνεται με την ισχύ των μικροκυμάτων. Οι λεπτές μεμβράνες διαμαντιού αναπτύσσονται σε ένα υπόστρωμα σε μια γωνία της φωτεινής περιοχής και το υπόστρωμα δεν χρειάζεται να βρίσκεται σε άμεση επαφή με την φωτεινή περιοχή.
– Αυτό το άρθρο δημοσιεύεται απόκατασκευαστής μηχανών επικάλυψης κενούGuangdong Zhenhua
Ώρα δημοσίευσης: 19 Ιουνίου 2024