浅析MPCVD法金刚石生长系统的工作原理

MPCVD法金刚石生长系统由微波系统、冷却系统、运动系统、检测系统、气路、水路以及控制系统等组成。其工作原理为：微波源将电能高效转化为微波能量，经过一系列组件如环形器、阻抗匹配器等，最终进入谐振腔。在谐振腔内，波导管内的传输模式为TE10模式，经过模式转换器后，微波以TM模式在谐振腔内谐振，并在基片台上方的强电场中聚焦。

当腔室内的气体与微波输入功率达到匹配状态时，气体在强电场作用下被电离成等离子体。随后，甲烷、氮气及氩气等反应气体在高温等离子体环境中裂解，产生CHCHC2H2以及OH等活性基团。这些含碳活性基团在籽晶表面发生化学反应，形成sp3杂化的金刚石相和sp2杂化的石墨相。由于氢气对石墨的刻蚀作用强于对金刚石的刻蚀，因此石墨相被逐渐消耗，促进金刚石的生长。

MPCVD法采用微波放电技术，具有无金属污染、电场集中、能量持续稳定等优点，非常适合高质量金刚石的沉积。其制备的金刚石纯度高、缺陷少，物理和化学性质与天然金刚石高度相似，成为热沉级、光学级以及电子级应用的首选制备方法。此外，通过在沉积过程中混合相关元素气体，还可实现金刚石的可控掺杂，使MPCVD法成为目前最先进的金刚石制备技术。