直流电弧等离子体喷射法生长大尺寸金刚石单晶

摘要

化学气相沉积(CVD)大尺寸高质量金刚石单晶生长是近年来在CVD金刚石膜研究领域所取得的重大研究进展之一.迄今为止的研究,绝大多数都是采用微波等离子体CVD,在高腔压下(10-30kPa)进行的.这是因为,在高腔压下,微波等离子体球急剧收缩,从而能够提供高质量金刚石外延生长所需要的高原子氢浓度.借助电弧放电的极高温和旋转电弧设计,直流电弧等离子体喷射(DC Arc Plasma Jet)能够在更大衬底面积范围提供可与之相比拟的原子氢浓度,因此有可能成为一种低成本的CVD金刚石外延生长方法.本文介绍了近年来采用高功率直流电弧等离子体喷射(DC Arc Plasma Jet)生长大尺寸、高质量金刚石单晶的初步研究结果,已经取得的进展和存在的问题,大尺寸、高质量金刚石单晶的低成本工业化生产是本文研究的最大驱动力。目前的研究中遇到了重复性较差，以及大量昂贵单晶品种损失的巨大风险。正企图通过降低单晶应力与大幅度增加单晶平界面外延生长速率两条技术路线加以解决。目前通过钎焊料的选择和等离子体炬深度改进（石墨阳极炬）已经取得一些进展。试验仍在继续进行之中。