MPCVD設備生長金剛石工作原理

?MPCVD設備生長金剛石工作原理

MPCVD設備生長金剛石概括的來講，其過程是一個典型的準平衡過程。等離子體的能量是由微波維持的。微波源發(fā)出的的微波在矩形波導內以橫電波（TE）模式傳播，通過模式轉化天線把TE模式轉化為橫磁波（TM）模式，然后耦合進入反應腔。當頻率和模式合適的時候就會在反應腔內部形成駐波，也就是在反應腔內部形成一個強電場區(qū)域（基片臺表層上方），這個強電場區(qū)域非常集中，不僅能產(chǎn)生高密度的等離子體，而且其放電過程非常穩(wěn)定非常有助于金剛石長時間穩(wěn)定的生長。

在接近真空的情況下，通入反應氣體（通常為碳源氣體和氫氣，碳源氣體通常為甲烷）。在由微波產(chǎn)生的電磁場的作用下，腔體內的電子相互碰撞并產(chǎn)生劇烈的振蕩，促進了諧振腔內其它的原子、基團及分子之間的相互碰撞，從而有效地提高反應氣體的離化程度，產(chǎn)生更高密度的等離子體的產(chǎn)生。在反應過程當中原料氣體電離化達到一定程度時，在預定的溫度和壓力條件下，碳源氣體在鉆石熱力學亞穩(wěn)區(qū)域，被離解成自由基（碳原子和氫原子或者甲基CH3和H原子），并在一定的溫度壓力條件下在籽晶表層之上就會沉積出金剛石膜。

需要特別指出的是，在MPCVD設備生長金剛石的過程當中，穩(wěn)定的控制至關重要，如果溫度過高或者過低，在籽晶上就會伴生出石墨及多晶等雜質，從而影響單晶金剛石的質量。