ホットフィラメントCVDは、低圧下でダイヤモンドを成長させる最も初期かつ最も一般的な方法です。1982年、松本らは耐火金属フィラメントを2000℃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ことで、ダイヤモンド膜の堆積速度が向上します。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オーダーとなり、これは産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、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など、さまざまな炭素源を使用して行うことができます。酸素含有基の添加により、ダイヤモンド堆積の温度範囲が広がります。
一般的なHFCVDシステムに加えて、HFCVDシステムには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。基板に一定の正のバイアス、フィラメントに一定の負のバイアスを印加すると、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が増加します（約10 mm/h）。この技術は、電子アシストHFCVDとして知られています。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。バイアスの極性を反転させると（基板に負のバイアスを印加すると）、基板に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核生成が増加します。もう一つの改良点は、均一な成膜を実現し、最終的に広い面積のダイヤモンド膜を得るために、単一の高温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ある。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ある。
（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もう一つの方法となった。DCプラズマに加えて、他の2種類のプラズマも注目されている。マイクロ波プラズマCVDは励起周波数が2.45 GHz、RFプラズマCVDは励起周波数が13.56 MHzである。マイクロ波プラズマは、マイクロ波周波数が電子の振動を誘起するという点で独特である。電子がガス原子や分子と衝突すると、高い解離率が生じる。マイクロ波プラズマは、「ホット」な電子、「コールド」なイオン、中性粒子からなる物質としてしばしば言及される。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る。発光プラズマは一般的に球形であり、球の大きさはマイクロ波電力とともに大きくなる。ダイヤモンド薄膜は、発光領域の隅にある基板上に成長させるものであり、基板は発光領域と直接接触する必要はない。
–この記事は以下によって公開されています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