CVD met hete filamenten is de vroegste en meest populaire methode om diamant bij lage druk te laten groeien. In 1982 verhitten Matsumoto et al. een vuurvaste metalen filament tot meer dan 2000 °C. Bij deze temperatuur produceert het H₂-gas dat door het filament stroomt gemakkelijk waterstofatomen. De productie van atomaire waterstof tijdens koolwaterstofpyrolyse verhoogde de afzettingssnelheid van diamantfilms. Diamant wordt selectief afgezet en de vorming van grafiet wordt geremd, wat resulteert in afzettingssnelheden van diamantfilms in de orde van mm/u, wat een zeer hoge afzettingssnelheid is voor de methoden die gewoonlijk in de industrie worden gebruikt. CVD met hete filamenten kan worden uitgevoerd met behulp van diverse koolstofbronnen, zoals methaan, propaan, acetyleen en andere koolwaterstoffen, en zelfs sommige zuurstofhoudende koolwaterstoffen, zoals aceton, ethanol en methanol. De toevoeging van zuurstofhoudende groepen verbreedt het temperatuurbereik voor diamantafzetting.
Naast het typische HFCVD-systeem zijn er een aantal modificaties aan het HFCVD-systeem. De meest voorkomende is een gecombineerd DC-plasma- en HFCVD-systeem. In dit systeem kan een biasspanning worden aangelegd op het substraat en het filament. Een constante positieve bias op het substraat en een bepaalde negatieve bias op het filament zorgen ervoor dat elektronen het substraat bombarderen, waardoor waterstof aan het oppervlak kan desorberen. Het resultaat van de desorptie is een toename van de depositiesnelheid van de diamantfilm (ongeveer 10 mm/u), een techniek die bekend staat als elektronenondersteunde HFCVD. Wanneer de biasspanning hoog genoeg is om een stabiele plasmaontlading te creëren, neemt de ontleding van H₂ en koolwaterstoffen dramatisch toe, wat uiteindelijk leidt tot een toename van de groeisnelheid. Wanneer de polariteit van de bias wordt omgekeerd (het substraat is negatief gepolariseerd), vindt er een ionenbombardement op het substraat plaats, wat leidt tot een toename van de nucleatie van diamant op niet-diamantsubstraten. Een andere aanpassing is het vervangen van één heet filament door meerdere verschillende filamenten om een gelijkmatige afzetting en uiteindelijk een groot oppervlak van diamantfilm te bereiken. Het nadeel van HFCVD is dat door de thermische verdamping van het filament verontreinigingen in de diamantfilm kunnen ontstaan.
(2) Magnetronplasma-CVD (MWCVD)
In de jaren 70 ontdekten wetenschappers dat de concentratie atomaire waterstof verhoogd kon worden met behulp van DC-plasma. Hierdoor werd plasma een andere methode om de vorming van diamantfilms te bevorderen door H₂ te ontbinden tot atomaire waterstof en koolstofhoudende atoomgroepen te activeren. Naast DC-plasma hebben ook twee andere soorten plasma aandacht gekregen. De CVD-microgolfplasma heeft een excitatiefrequentie van 2,45 GHz en de CVD-RF-plasma een excitatiefrequentie van 13,56 MHz. Microgolfplasma's zijn uniek doordat de microgolffrequentie elektronenvibraties induceert. Wanneer elektronen botsen met gasatomen of -moleculen, ontstaat een hoge dissociatiesnelheid. Microgolfplasma wordt vaak aangeduid als materie met "hete" elektronen, "koude" ionen en neutrale deeltjes. Tijdens dunnefilmdepositie komen microgolven de plasmaversterkte CVD-synthesekamer binnen via een venster. Het luminescentieplasma is over het algemeen bolvormig en de grootte van de bol neemt toe met het microgolfvermogen. Dunne diamantfilms worden op een substraat in een hoek van het luminescerende gebied aangebracht. Het substraat hoeft niet in direct contact te staan met het luminescerende gebied.
–Dit artikel is gepubliceerd doorfabrikant van vacuümcoatingmachinesGuangdong Zhenhua
Plaatsingstijd: 19 juni 2024