金剛石沉積設(shè)備的歷史今生

金剛石沉積設(shè)備的歷史今生

? ?MPCVD沉積技術(shù)的特色表現(xiàn)于其等離子體的能量是由微波能量來維持的，因而在放電過程當中可以不使用金屬電極，可避免其他CVD沉積方法中因使用電極而造成對金剛石的污染；此外，MPCVD法的氣體放電區(qū)域十分集中，不僅激勵產(chǎn)生高密度的等離子體，激發(fā)更多的活性基團，而且其放電過程極為穩(wěn)定，如上優(yōu)點均有助于高質(zhì)量金剛石長時間穩(wěn)定的生長。正如此，MPCVD一直是業(yè)界生長高質(zhì)量單晶和光學(xué)級多晶金剛石的優(yōu)選方法。

? ?在 MPCVD 金剛石膜沉積技術(shù)的發(fā)展前期，人們就開始意識到它的缺點就是金剛石膜的沉積效率低，同樣也意識到戰(zhàn)勝如上缺點的辦法就在于如何去提高MPCVD設(shè)備的輸入功率。自20世紀80年代以來，通過改進MPCVD設(shè)備來提高金剛石膜的沉積效率，一直是MPCVD沉積技術(shù)的研究著力點。截至目前，依據(jù) MPCVD 設(shè)備諧振腔形式的不同，MPCVD 設(shè)備主要經(jīng)歷了石英管式、石英鐘罩式、圓柱形諧振腔式和環(huán)形天線式等多種形式的漫長發(fā)展歷程。伴隨著 MPCVD 設(shè)備類型的演變，設(shè)備的輸入功率也得到了明顯的提高。

? ? 根據(jù)國際上的工業(yè)相關(guān)規(guī)定，MPCVD設(shè)備可使用的微波頻率有2.45GHz和915MHz兩種，對比兩種不同頻率的微波，915MHz頻率的微波波長更長，產(chǎn)生的等離子體球更大，進而所需的微波功率更高，這樣可沉積的金剛石膜的直徑便會更大，同2.45GHz微波相比，915MHz微波有效沉積直徑約是2.45GHz微波的2.67倍。正是由于上述優(yōu)勢，915MHz頻率的MPCVD設(shè)備可大大提高金剛石的沉積效率，下降了金剛石材料的制備周期和成本，對工業(yè)界具有誘惑力。但915MHz的MPCVD設(shè)備由于其所需的功率更高，設(shè)備的結(jié)構(gòu)和細節(jié)也更為復(fù)雜，其真空性也面臨著很大的挑戰(zhàn)，這樣便對設(shè)備的研發(fā)、加工制造技術(shù)以及成本都提出了更高的要求。

? ?目前，2.45GHz和915MHz頻率的MPCVD金剛石沉積設(shè)備都有批量制備單晶金剛石。但由于單晶金剛石的沉積環(huán)境十分苛刻，為了避免因等離子體球刻蝕石英而造成的污染，石英管和石英鐘罩式MPCVD設(shè)備現(xiàn)在很少被采用。