浅析MPCVD法金刚石生长系统的工作原理
发布于2025-05-20 16:29:47
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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。
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