金剛石在MPCVD設(shè)備中的生長(zhǎng)過(guò)程

?金剛石在MPCVD設(shè)備中的生長(zhǎng)過(guò)程

金剛石在MPCVD設(shè)備中的生長(zhǎng)需要保證MPCVD設(shè)備的真空性。將設(shè)備反應(yīng)腔清洗，在基片臺(tái)上放置已經(jīng)預(yù)處理好的籽晶，關(guān)閉設(shè)備反應(yīng)腔艙門(mén)，進(jìn)行抽真空操作，待反應(yīng)腔達(dá)到一定的真空度的時(shí)候，結(jié)束抽真空操作并通入反應(yīng)氣體，反應(yīng)氣體在微波場(chǎng)的激勵(lì)下形成等離子體狀態(tài)，反應(yīng)氣體成為各種活化基團(tuán)，碳元素在籽晶上沉積，生長(zhǎng)為金剛石。

生長(zhǎng)MPCVD金剛石所用的反應(yīng)氣體主要有氫氣(H2)、甲烷(CH4)，微波能量經(jīng)過(guò)波導(dǎo)傳輸以及天線模式轉(zhuǎn)換后進(jìn)入諧振腔，在諧振腔內(nèi)形成一定強(qiáng)度的微波交變電場(chǎng)，在交變電場(chǎng)的激勵(lì)下，維持在低壓狀態(tài)下上述反應(yīng)氣體在微波場(chǎng)的作用下裂解成H、O原子或CH2、CH3、C2H2、OH等基團(tuán)。含碳基團(tuán)(CH2、CH3、C2H2)將在籽晶表層形成一種氣固混合界面，在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，由于氫離子體刻蝕非晶碳或石墨(sp2)相的速度比刻蝕金剛石(sp3)相要快得多，因此金剛石表層的非金剛石相被快速刻蝕，從而實(shí)現(xiàn)金剛石生長(zhǎng)。但實(shí)際上這個(gè)微觀過(guò)程十分復(fù)雜，僅在氫氣和甲烷兩種原料氣體所激發(fā)的等離子體中就至少有20種以上的由游離碳原子和氫原子構(gòu)成的不同基團(tuán)，而且相互之間不斷進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

通俗點(diǎn)來(lái)講：利用MPCVD設(shè)備生長(zhǎng)金剛石，就是先找一個(gè)籽晶，放在MPCVD設(shè)備中，在設(shè)備中通入氫氣和甲烷等反應(yīng)氣體，經(jīng)過(guò)微波能量的激勵(lì)，反應(yīng)氣體就會(huì)形成各種活性基團(tuán)，碳元素就會(huì)附著在籽晶上，進(jìn)而形成金剛石。也就是，籽晶是一粒種子，反應(yīng)氣體是養(yǎng)料，種子不斷的吸收養(yǎng)料，長(zhǎng)大成為金剛石。