Метод химического осаждения из газовой фазы с использованием горячей нити (HFCVD) является самым ранним и популярным методом выращивания алмаза при низком давлении. В 1982 году Мацумото и др. нагрели нить из тугоплавкого металла до температуры более 2000 °C, при которой проходящий через нить газ H2 легко образует атомы водорода. Образование атомарного водорода в процессе пиролиза углеводородов увеличило скорость осаждения алмазных пленок. Алмаз осаждается избирательно, а образование графита подавляется, что приводит к скорости осаждения алмазных пленок порядка мм/ч, что является очень высокой скоростью осаждения для методов, обычно используемых в промышленности. HFCVD может быть выполнен с использованием различных источников углерода, таких как метан, пропан, ацетилен и другие углеводороды, и даже некоторых кислородсодержащих углеводородов, таких как ацетон, этанол и метанол. Добавление кислородсодержащих групп расширяет температурный диапазон для осаждения алмаза.
Помимо типичной системы HFCVD, существует ряд ее модификаций. Наиболее распространенной является комбинированная система, сочетающая плазму постоянного тока и HFCVD. В этой системе напряжение смещения может подаваться на подложку и нить накала. Постоянное положительное смещение на подложке и определенное отрицательное смещение на нити накала вызывают бомбардировку подложки электронами, что позволяет десорбировать водород с поверхности. Результатом десорбции является увеличение скорости осаждения алмазной пленки (примерно 10 мм/ч), метод, известный как электронно-стимулированное HFCVD. Когда напряжение смещения достаточно велико для создания стабильного плазменного разряда, разложение H2 и углеводородов резко возрастает, что в конечном итоге приводит к увеличению скорости роста. Когда полярность смещения меняется на противоположную (подложка смещается отрицательно), происходит ионная бомбардировка подложки, что приводит к увеличению зарождения алмазов на неалмазных подложках. Еще одна модификация заключается в замене одной горячей нити на несколько различных нитей для достижения равномерного осаждения и, в конечном итоге, получения большой площади алмазной пленки. Недостатком HFCVD является то, что термическое испарение нити может приводить к образованию загрязнений в алмазной пленке.
(2) Микроволновое плазменное химическое осаждение из газовой фазы (MWCVD)
В 1970-х годах ученые обнаружили, что концентрацию атомарного водорода можно увеличить с помощью плазмы постоянного тока. В результате плазма стала еще одним методом, способствующим образованию алмазных пленок путем разложения H2 на атомарный водород и активации атомных групп на основе углерода. Помимо плазмы постоянного тока, внимание привлекли и два других типа плазмы. Микроволновая плазма CVD имеет частоту возбуждения 2,45 ГГц, а радиочастотная плазма CVD — частоту возбуждения 13,56 МГц. Микроволновая плазма уникальна тем, что микроволновая частота вызывает колебания электронов. При столкновении электронов с атомами или молекулами газа происходит высокая скорость диссоциации. Микроволновую плазму часто называют веществом, содержащим «горячие» электроны, «холодные» ионы и нейтральные частицы. Во время осаждения тонких пленок микроволны попадают в камеру синтеза CVD с плазменным усилением через окно. Люминесцентная плазма обычно имеет сферическую форму, и размер сферы увеличивается с мощностью микроволн. Тонкие алмазные пленки выращиваются на подложке в углу люминесцентной области, при этом подложка не обязательно должна находиться в непосредственном контакте с люминесцентной областью.
– Данная статья опубликованапроизводитель вакуумных напыляемых машинГуандун Чжэньхуа
Дата публикации: 19 июня 2024 г.