气体进出方式对MPCVD大面积金刚石膜均匀性的影响

使用自行研制的MPCVD装置,在功率为8 kW条件下、气体由四种方式进出反应腔体时,在直径65 mm的Si基片上制备了金刚石膜.分别利用数字千分尺和Raman光谱对金刚石膜的厚度和品质均匀性进行了表征.使用Comsol软件模拟了不同进出气方式下腔体内部气体流场的分布,并分析了气体进出方式与所制备金刚石膜均匀性之间的关系.研究表明,反应气体进出位置的改变对等离子体的状态没有明显的影响,但对膜的厚度和品质均匀性有影响较大.气体由中间腔体侧壁上的进气孔进入时,容易造成膜厚度和品质的不均匀性.气体由耦合天线的圆盘中心的进气孔进入时,膜厚度和品质的均匀性明显提高,而由锥形反射体底平面上的出气孔排出时均匀性最优.反应气体流场分布的不均匀性和等离子体区域流速的差异是导致金刚石膜厚度和品质不均匀性的主要原因.     

椭球谐振腔式MPCVD装置高功率下大面积金刚石膜的沉积

使用自行研制的椭球谐振腔式MPCVD装置,以H2-CH4为气源,在输入功率为9 kW,沉积压力为1.7 ×104 Pa和不同的气体流量条件下制备了金刚石膜.利用扫描电镜、激光拉曼谱对金刚石膜的表面和断口形貌、金刚石膜的品质等进行了表征.实验结果表明,利用椭球谐振腔式MPCVD装置能够在较高的功率下进行大面积金刚石膜的沉积;在高功率条件下,较高质量的金刚石膜的沉积速率可以达到4 ～5 μm·h-1的水平,而气体的流量则会显著影响金刚石膜的品质及其沉积速率.     

新型MPCVD金刚石膜等离子发生器及等离子特性数值模拟

本文提出了用于化学气相沉积金刚石膜的新型微波等离子体发生器.使用环形介质窗口,置于沉积台的下方而远离等离子体,允许产生体积较大并且温度较高的等离子体.采用时域有限差分法结合Matlab语言,模拟了发生器内的电场分布和等离子体电子密度,研究微波输入功率﹑气体压力等控制工艺参数对等离子体特性的影响.模拟结果表明,在一定微波输入功率和气体压力条件下,在沉积台上方形成均匀分布的等离子体,电场强度﹑电子密度和吸收功率密度随微波工艺参数的改变而呈现有规律的变化.本研究将为微波等离子体化学气相沉积技术的改进提供参考,为进一步建立使用此种新型等离子发生器的MPCVD设备奠定了基础.     

圆柱形和椭球形谐振腔式MPCVD装置中微波等离子体分布特征的数值模拟与比较

在使用简化的等离子体放电模型的基础上,模拟了圆柱形和椭球形谐振腔式微波等离子体金刚石膜沉积设备中,不同金刚石膜生长条件下微波等离子体的分布状态.对不同的微波输入功率、不同气体压力条件下,两种谐振腔式设备中形成的等离子体分布的变化规律进行了模拟.模拟结果表明,椭球形谐振腔的质量因子要高于圆柱形谐振腔;并且,椭球形谐振腔更适合用于高功率、高压力的金刚石膜沉积环境.这意味着,使用椭球形谐振腔,可获得更高的金刚石膜生长速率.     

高功率MPCVD金刚石膜透波窗口材料制备研究

使用自行研制的椭球谐振腔式MPCVD装置,以H2-CH4为气源,在沉积功率8 kW条件下,对大面积金刚石膜透波窗口材料进行了制备研究.分别使用扫描电镜、Raman、分光光谱仪、热导率测试仪和空腔谐振法对金刚石膜的表面形貌、品质、光透过率、热导率和微波复介电常数等进行了表征及测试.实验结果表明,使用自行研制的椭球谐振腔式MPCVD装置,能够满足较高功率下高品质金刚石膜的快速沉积;抛光后的自支撑金刚石膜具有高的光学透过率和热导率,在23 ～ 36 GHz频率范围内微波介电损耗小于1×10-4,有着良好的微波介电性能,是较为理想的透波窗口材料.     

气体流量对TYUT型MPCVD装置沉积大面积金刚石膜的影响

使用自行研制的频率为2.45 GHz的TYUT型MPCVD装置,以H2和CH4为气源,在功率为8 kW、基片温度为1000℃、气体流量为100～800 sccm条件下,进行了直径为65 mm的大面积金刚石膜的沉积实验.使用扫描电镜、X射线衍射仪、数字千分尺和Raman光谱仪等仪器分别对金刚石膜的表面形貌、取向、厚度和品质进行了表征.实验结果表明,气体流量的变化会对金刚石膜的晶粒尺寸,晶体取向,沉积速率,厚度均匀性和品质产生较大的影响.气体流量在300～600 sccm范围内制备的金刚石膜才兼具晶粒尺寸均匀性好、表面缺陷少和品质高的优点.     

石英钟罩对MPCVD金刚石膜沉积的影响

为了提高高品质金刚石膜的沉积速率,利用CST三维电磁场仿真软件,模拟了Diamo Tek700微波等离子体化学气相沉积设备中,在忽略等离子体存在的前提条件下,石英钟罩的厚度和形状对沉积金刚石膜的基片表面电场分布的影响.同时采用壁厚3 mm,3.5 mm和4mm的平顶和壁厚4 mm的圆顶钟罩分别进行了金刚石膜的沉积实验.模拟结果显示,对于同一类型的石英钟罩,壁厚的变化(3 ～4 mm)对基片表面平均电场影响不大;而壁厚相同的圆顶钟罩情况下基片表面平均电场则比平顶的高出10;.壁厚4 mm的圆顶石英钟罩得到了相对较高且均匀的电场分布.结果表明,沉积速率与模拟的基片表面电场强度存在对应关系;采用壁厚4 mm圆顶钟罩与原厂设计的壁厚3 mm平顶钟罩相比,在相同的工艺条件下,沉积速率提高一倍,达到1.4 μm/h.     

工艺参数对高功率MPCVD金刚石膜择优取向的影响研究

使用自行研制的椭球谐振腔式MPCVD装置,以H2-CH4为气源、沉积功率8 kW条件下,在不同CH4浓度、沉积温度和气体流量工艺条件下制备了大面积金刚石膜.使用X射线衍射仪对金刚石膜的择优取向的变化规律进行了研究.实验结果表明,高功率条件下工艺参数对金刚石膜的择优取向有不同程度的影响.在CH4浓度由0.5;上升到1.0;时,金刚石膜的择优取向由(220)转变为(111),由1.O;上升到2.5;时,则由(111)转变为(220)以及(311);在700 ～ 1050℃温度范围内,随着沉积温度的升高,金刚石膜(111)择优取向生长的倾向增高,当沉积温度高于1050℃时,金刚石膜改变了原先的以(111)择优取向生长的趋势,变为了以(100)择优取向生长;在气体流速为200～1000 sccm范围内时,随气体流量的增加,金刚石膜(111)择优取向的倾向增加.当气体流量大于1000sccm时,金刚石膜(111)择优取向的倾向又稍有降低.     

高功率CO2激光器CVD金刚石窗口制备研究

本文研究制备了可应用于高功率CO2激光器的CVD金刚石窗口.首先使用环形天线-椭球谐振腔式MPCVD装置沉积制备直径2英寸(1英寸=2.54 cm)金刚石自支撑膜,然后将膜片双面抛光,激光切割成矩形基片,再采用蒸镀法在基片表面制备中心波长在10.6μm的增透膜,最终制备得到金刚石光学窗口.采用傅里叶红外透射谱、热导仪、...     

环形天线-椭球谐振腔式MPCVD装置高功率下沉积高品质金刚石膜

介绍了自行研制的环形天线-椭球谐振腔式高功率MPCVD装置的结构特点,展示并研究了新装置在高功率条件下的放电特性.在10.5 kW的高微波输入功率下成功制备了直径50 mm,厚度接近1 mm的高品质自支撑金刚石膜.在真空泄漏速率约2.5 ×10-6 Pa·m3/s的条件下金刚石膜的生长速率达到6μm/h,金刚石膜厚度偏差小于±2.1;.抛光后的金刚石膜红外透过率在6.5～25μm范围内接近71;;紫外透过率在270 nm处超过50;,金刚石膜样品的光学吸收边约为225 nm;通过紫外吸收光谱计算的金刚石膜样品中的氮杂质含量约为1.5 ppm;金刚石膜的拉曼半峰宽小于1.8 cm-1.