La deposizione CVD a filamento caldo è il metodo più antico e diffuso per la crescita del diamante a bassa pressione. Nel 1982, Matsumoto et al. hanno riscaldato un filamento di metallo refrattario a oltre 2000 °C, temperatura alla quale il gas H₂ che attraversa il filamento produce rapidamente atomi di idrogeno. La produzione di idrogeno atomico durante la pirolisi degli idrocarburi ha aumentato la velocità di deposizione dei film di diamante. Il diamante viene depositato selettivamente e la formazione di grafite viene inibita, con conseguenti velocità di deposizione dei film di diamante dell'ordine di mm/h, una velocità di deposizione molto elevata per i metodi comunemente utilizzati nell'industria. La deposizione CVD a filamento caldo (HFCVD) può essere eseguita utilizzando una varietà di fonti di carbonio, come metano, propano, acetilene e altri idrocarburi, e persino alcuni idrocarburi contenenti ossigeno, come acetone, etanolo e metanolo. L'aggiunta di gruppi contenenti ossigeno amplia l'intervallo di temperatura per la deposizione del diamante.
Oltre al tipico sistema HFCVD, esistono diverse varianti. La più comune è un sistema combinato plasma DC e HFCVD. In questo sistema, è possibile applicare una tensione di polarizzazione al substrato e al filamento. Una polarizzazione positiva costante sul substrato e una certa polarizzazione negativa sul filamento inducono il bombardamento del substrato da parte di elettroni, consentendo il desorbimento dell'idrogeno superficiale. Il risultato del desorbimento è un aumento della velocità di deposizione del film di diamante (circa 10 mm/h), una tecnica nota come HFCVD assistita da elettroni. Quando la tensione di polarizzazione è sufficientemente elevata da creare una scarica di plasma stabile, la decomposizione di H₂ e idrocarburi aumenta drasticamente, il che porta a un aumento della velocità di crescita. Quando la polarizzazione viene invertita (il substrato è polarizzato negativamente), si verifica un bombardamento ionico sul substrato, con conseguente aumento della nucleazione del diamante su substrati non diamantati. Un'altra modifica consiste nella sostituzione di un singolo filamento caldo con più filamenti diversi, in modo da ottenere una deposizione uniforme e, in definitiva, un'ampia area di pellicola di diamante. Lo svantaggio dell'HFCVD è che l'evaporazione termica del filamento può formare contaminanti nella pellicola di diamante.
(2) Degenerazione CVD al plasma a microonde (MWCVD)
Negli anni '70, gli scienziati scoprirono che la concentrazione di idrogeno atomico poteva essere aumentata utilizzando il plasma a corrente continua (DC). Di conseguenza, il plasma divenne un altro metodo per promuovere la formazione di film di diamante decomponendo l'H₂ in idrogeno atomico e attivando gruppi atomici a base di carbonio. Oltre al plasma a corrente continua, altri due tipi di plasma hanno ricevuto attenzione. Il CVD a plasma a microonde ha una frequenza di eccitazione di 2,45 GHz e il CVD a plasma a radiofrequenza (RF) ha una frequenza di eccitazione di 13,56 MHz. I plasmi a microonde sono unici in quanto la frequenza delle microonde induce vibrazioni elettroniche. Quando gli elettroni collidono con atomi o molecole di gas, si produce un'elevata velocità di dissociazione. Il plasma a microonde è spesso definito come materia con elettroni "caldi", ioni "freddi" e particelle neutre. Durante la deposizione di film sottili, le microonde entrano nella camera di sintesi CVD potenziata dal plasma attraverso una finestra. Il plasma luminescente ha generalmente una forma sferica e le dimensioni della sfera aumentano con la potenza delle microonde. I film sottili di diamante vengono fatti crescere su un substrato in un angolo della regione luminescente; il substrato non deve necessariamente essere a contatto diretto con la regione luminescente.
–Questo articolo è pubblicato daproduttore di macchine per rivestimento sotto vuotoGuangdongZhenhua
Data di pubblicazione: 19 giugno 2024