Le dépôt chimique en phase vapeur par filament chaud (HFCVD) est la méthode la plus ancienne et la plus répandue pour la croissance du diamant à basse pression. En 1982, Matsumoto et al. ont chauffé un filament de métal réfractaire à plus de 2000 °C, température à laquelle le gaz H₂ traversant le filament produit facilement des atomes d'hydrogène. La production d'hydrogène atomique lors de la pyrolyse des hydrocarbures a augmenté la vitesse de dépôt des films de diamant. Le diamant est déposé de manière sélective et la formation de graphite est inhibée, ce qui permet d'atteindre des vitesses de dépôt de l'ordre du mm/h, très élevées pour les méthodes couramment utilisées dans l'industrie. Le HFCVD peut être réalisé avec diverses sources de carbone, telles que le méthane, le propane, l'acétylène et d'autres hydrocarbures, voire certains hydrocarbures oxygénés, comme l'acétone, l'éthanol et le méthanol. L'ajout de groupements oxygénés élargit la plage de températures de dépôt du diamant.
Outre le système HFCVD classique, il existe plusieurs variantes. La plus courante est un système combinant plasma DC et HFCVD. Dans ce système, une tension de polarisation est appliquée au substrat et au filament. Une polarisation positive constante sur le substrat et une certaine polarisation négative sur le filament provoquent un bombardement électronique du substrat, permettant la désorption de l'hydrogène de surface. Cette désorption entraîne une augmentation du taux de dépôt du film de diamant (environ 10 mm/h), une technique connue sous le nom de HFCVD assisté par électrons. Lorsque la tension de polarisation est suffisamment élevée pour créer une décharge plasma stable, la décomposition de H₂ et des hydrocarbures augmente considérablement, ce qui conduit finalement à une augmentation du taux de croissance. Lorsque la polarité de la polarisation est inversée (substrat polarisé négativement), un bombardement ionique se produit sur le substrat, induisant une augmentation de la nucléation du diamant sur des substrats non diamantés. Une autre modification consiste à remplacer un seul filament chauffant par plusieurs filaments différents afin d'obtenir un dépôt uniforme et, au final, une grande surface de film de diamant. L'inconvénient du procédé HFCVD est que l'évaporation thermique du filament peut former des contaminants dans le film de diamant.
(2) CVD par plasma micro-ondes (MWCVD)
Dans les années 1970, des scientifiques ont découvert que la concentration d'hydrogène atomique pouvait être augmentée grâce au plasma à courant continu (DC). De ce fait, le plasma est devenu une méthode supplémentaire pour favoriser la formation de films de diamant en décomposant le H₂ en hydrogène atomique et en activant les groupements atomiques à base de carbone. Outre le plasma DC, deux autres types de plasma ont également suscité l'intérêt : le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma micro-ondes (PECVD), avec une fréquence d'excitation de 2,45 GHz, et le PECVD par plasma radiofréquence (RF), avec une fréquence d'excitation de 13,56 MHz. Les plasmas micro-ondes sont uniques en ce sens que la fréquence micro-ondes induit des vibrations électroniques. Lorsque les électrons entrent en collision avec des atomes ou des molécules de gaz, un taux de dissociation élevé est produit. Le plasma micro-ondes est souvent décrit comme un milieu composé d'électrons « chauds », d'ions « froids » et de particules neutres. Lors du dépôt de couches minces, les micro-ondes pénètrent dans la chambre de synthèse PECVD par une fenêtre. Le plasma luminescent est généralement de forme sphérique, et la taille de la sphère augmente avec la puissance des micro-ondes. Les couches minces de diamant sont déposées sur un substrat dans un coin de la région luminescente, et le substrat n'a pas besoin d'être en contact direct avec la région luminescente.
–Cet article est publié parfabricant de machines de revêtement sous videGuangdong Zhenhua
Date de publication : 19 juin 2024