Hete-filament-CVD is de vroegste en meest populaire methode voor het kweken van diamant bij lage druk. In 1982 verhitten Matsumoto et al. een vuurvast metalen filament tot boven de 2000 °C, waarbij het H₂-gas dat door het filament stroomt gemakkelijk waterstofatomen produceert. De productie van atomaire waterstof tijdens de pyrolyse van koolwaterstoffen 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, een zeer hoge afzettingssnelheid voor de methoden die gewoonlijk in de industrie worden gebruikt. HFCVD kan worden uitgevoerd met verschillende 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 bestaan er diverse modificaties. De meest voorkomende is een gecombineerd DC-plasma- en HFCVD-systeem. In dit systeem kan een bias-spanning worden aangelegd op het substraat en de gloeidraad. Een constante positieve bias op het substraat en een bepaalde negatieve bias op de gloeidraad zorgen ervoor dat elektronen het substraat bombarderen, waardoor waterstof van het oppervlak desorbeert. Het resultaat van deze desorptie is een verhoogde depositiesnelheid van de diamantfilm (ongeveer 10 mm/u), een techniek die bekend staat als elektronenondersteunde HFCVD. Wanneer de bias-spanning hoog genoeg is om een stabiele plasmaontlading te creëren, neemt de ontleding van H2 en koolwaterstoffen dramatisch toe, wat uiteindelijk leidt tot een hogere groeisnelheid. Wanneer de polariteit van de bias wordt omgekeerd (het substraat is negatief gepolariseerd), vindt ionenbombardement op het substraat plaats, wat leidt tot een verhoogde diamantkiemvorming op niet-diamantsubstraten. Een andere aanpassing is het vervangen van één gloeidraad door meerdere verschillende gloeidraden om een uniforme afzetting en uiteindelijk een groot oppervlak aan diamantfilm te verkrijgen. Het nadeel van HFCVD is dat de thermische verdamping van de gloeidraad verontreinigingen in de diamantfilm kan veroorzaken.
(2) Magnetronplasma-CVD (MWCVD)
In de jaren zeventig ontdekten wetenschappers dat de concentratie van atomair waterstof kon worden verhoogd met behulp van gelijkstroomplasma (DC-plasma). Hierdoor werd plasma een nieuwe methode om de vorming van diamantfilms te bevorderen door H₂ te ontleden tot atomair waterstof en koolstofhoudende atoomgroepen te activeren. Naast DC-plasma hebben ook twee andere plasmatypes aandacht gekregen. Microgolfplasma-CVD heeft een excitatiefrequentie van 2,45 GHz en RF-plasma-CVD heeft een excitatiefrequentie van 13,56 MHz. Microgolfplasma's zijn uniek omdat de microgolffrequentie elektrontrillingen induceert. Wanneer elektronen botsen met gasatomen of -moleculen, ontstaat een hoge dissociatiesnelheid. Microgolfplasma wordt vaak omschreven als materie met "hete" elektronen, "koude" ionen en neutrale deeltjes. Tijdens de dunnefilmdepositie komen microgolven via een venster de plasma-versterkte CVD-synthesekamer binnen. Het luminescente plasma is over het algemeen bolvormig en de grootte van de bol neemt toe met het microgolfvermogen. Diamantdunne films worden gekweekt op een substraat in een hoek van het luminescente gebied, en het substraat hoeft niet in direct contact te staan met het luminescente gebied.
–Dit artikel is gepubliceerd doorfabrikant van vacuümcoatingmachinesGuangdong Zhenhua
Geplaatst op: 19 juni 2024