熱フィラメントCVDは、低圧でダイヤモンドを成長させる最も古くて一般的な方法です。1982年に松本らは耐火金属フィラメントを2000°C以上に加熱しました。この温度では、フィラメントを通過するH2ガスが容易に水素原子を生成します。炭化水素の熱分解中に原子状水素が生成されるため、ダイヤモンド膜の堆積速度が向上しました。ダイヤモンドは選択的に堆積され、グラファイトの形成が抑制されるため、ダイヤモンド膜の堆積速度はmm/hのオーダーになり、これは業界で一般的に使用されている方法としては非常に高い堆積速度です。HFCVDは、メタン、プロパン、アセチレンなどの炭化水素などのさまざまな炭素源、さらにはアセトン、エタノール、メタノールなどの酸素含有炭化水素を使用して実行できます。酸素含有基の追加により、ダイヤモンド堆積の温度範囲が広がります。
典型的な HFCVD システムに加えて、HFCVD システムにいくつかの改良が加えられています。最も一般的なのは、DC プラズマと HFCVD を組み合わせたシステムです。このシステムでは、基板とフィラメントにバイアス電圧を印加できます。基板に一定の正バイアスを、フィラメントに特定の負バイアスをかけると、電子が基板に衝突し、表面の水素が脱離します。この脱離の結果、ダイヤモンド膜の堆積速度（約 10 mm/h）が向上します。この技術は、電子支援 HFCVD と呼ばれています。バイアス電圧が十分に高く、安定したプラズマ放電が発生すると、H2 と炭化水素の分解が劇的に増加し、最終的に成長速度の増加につながります。バイアスの極性が反転すると（基板が負にバイアスされると）、基板上でイオン衝突が発生し、非ダイヤモンド基板上でのダイヤモンドの核生成が増加します。もう 1 つの変更点は、均一な堆積と最終的には大面積のダイヤモンド膜を実現するために、単一のホット フィラメントを複数の異なるフィラメントに置き換えることです。HFCVD の欠点は、フィラメントの熱蒸発によってダイヤモンド膜に汚染物質が形成される可能性があることです。
（２）マイクロ波プラズマCVD（MWCVD）
1970年代、科学者たちはDCプラズマを用いることで原子状水素の濃度を高めることができることを発見しました。その結果、プラズマはH₂を原子状水素に分解し、炭素系原子団を活性化することでダイヤモンド膜の形成を促進する新たな方法となりました。DCプラズマに加えて、他の2種類のプラズマも注目を集めています。マイクロ波プラズマCVDの励起周波数は2.45GHz、RFプラズマCVDの励起周波数は13.56MHzです。マイクロ波プラズマの特徴は、マイクロ波周波数が電子振動を誘起することです。電子がガス原子または分子と衝突すると、高い解離速度が生じます。マイクロ波プラズマは、「熱い」電子、「冷たい」イオン、そして中性粒子を含む物質と呼ばれることがよくあります。薄膜堆積中、マイクロ波は窓を通してプラズマ強化CVD合成チャンバーに入ります。発光プラズマは一般的に球形をしており、球の大きさはマイクロ波出力とともに大きくなります。ダイヤモンド薄膜は、発光領域の角の基板上に成長し、基板は発光領域と直接接触する必要はありません。
–この記事は真空コーティング機メーカー広東振華
投稿日時: 2024年6月19日