Varmfilament-CVD er den tidligste og mest populære metoden for å dyrke diamant ved lavt trykk. I 1982 varmet Matsumoto et al. opp et ildfast metallfilament til over 2000 °C, hvor H2-gassen som passerer gjennom filamentet lett produserer hydrogenatomer. Produksjonen av atomært hydrogen under hydrokarbonpyrolyse økte avsetningshastigheten til diamantfilmer. Diamant avsettes selektivt og grafittdannelse hemmes, noe som resulterer i diamantfilmavsetningshastigheter i størrelsesorden mm/t, som er en veldig høy avsetningshastighet for metodene som vanligvis brukes i industrien. HFCVD kan utføres ved hjelp av en rekke karbonkilder, som metan, propan, acetylen og andre hydrokarboner, og til og med noen oksygenholdige hydrokarboner, som aceton, etanol og metanol. Tilsetning av oksygenholdige grupper utvider temperaturområdet for diamantavsetning.
I tillegg til det typiske HFCVD-systemet finnes det en rekke modifikasjoner av HFCVD-systemet. Den vanligste er et kombinert DC-plasma- og HFCVD-system. I dette systemet kan en forspenning påføres substratet og filamentet. En konstant positiv forspenning på substratet og en viss negativ forspenning på filamentet får elektroner til å bombardere substratet, slik at overflatehydrogen kan desorberes. Resultatet av desorpsjonen er en økning i avsetningshastigheten til diamantfilmen (ca. 10 mm/t), en teknikk kjent som elektronassistert HFCVD. Når forspenningen er høy nok til å skape en stabil plasmautladning, øker nedbrytningen av H2 og hydrokarboner dramatisk, noe som til slutt fører til en økning i veksthastigheten. Når polariteten til forspenningen reverseres (substratet er negativt forspent), skjer ionbombardement på substratet, noe som fører til en økning i diamantkimdannelse på ikke-diamantsubstrater. En annen modifikasjon er å erstatte et enkelt varmt filament med flere forskjellige filamenter for å oppnå jevn avsetning og til slutt et stort område med diamantfilm. Ulempen med HFCVD er at termisk fordampning av filamentet kan danne forurensninger i diamantfilmen.
(2) Mikrobølgeplasma-CVD (MWCVD)
På 1970-tallet oppdaget forskere at konsentrasjonen av atomært hydrogen kunne økes ved hjelp av DC-plasma. Som et resultat ble plasma en annen metode for å fremme dannelsen av diamantfilmer ved å dekomponere H2 til atomært hydrogen og aktivere karbonbaserte atomgrupper. I tillegg til DC-plasma har to andre typer plasma også fått oppmerksomhet. Mikrobølgeplasma-CVD har en eksitasjonsfrekvens på 2,45 GHZ, og RF-plasma-CVD har en eksitasjonsfrekvens på 13,56 MHz. Mikrobølgeplasmaer er unike ved at mikrobølgefrekvensen induserer elektronvibrasjoner. Når elektroner kolliderer med gassatomer eller -molekyler, produseres en høy dissosiasjonshastighet. Mikrobølgeplasma blir ofte referert til som materie med "varme" elektroner, "kalde" ioner og nøytrale partikler. Under tynnfilmavsetning kommer mikrobølger inn i det plasmaforsterkede CVD-syntesekammeret gjennom et vindu. Det luminescerende plasmaet er generelt sfærisk i form, og størrelsen på sfæren øker med mikrobølgeeffekten. Diamanttynne filmer dyrkes på et substrat i et hjørne av det luminescerende området, og substratet trenger ikke å være i direkte kontakt med det luminescerende området.
– Denne artikkelen er publisert avprodusent av vakuumbeleggsmaskinerGuangdong Zhenhua
Publisert: 19. juni 2024