圆柱形谐振式MPCVD装置的模拟及调控

摘要

目的在实验室自制的5 kW圆柱形单模微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)装置上,系统研究各放电参数对等离子体的影响。方法采用模拟计算与实验调控相结合的方式,分析微波等离子体、基团的运动和分布与放电参数之间的关系。利用发射光谱诊断等离子体环境,同时,利用SEM和Raman对所沉积的金刚石膜的形貌和质量进行表征,以验证MPCVD装置的调控原则。结果气压和温度满足Tg=8/3P关系时,吸收功率密度可达最大。单独提高微波功率和工作气压,能很大程度地增强等离子体的电子密度及改善等离子体球的均匀性,而两者相互之间匹配升高能极大地增加等离子体的电子密度,同时激发更多Hα、Hβ、CH及C_(2)这类适合高质量金刚石膜沉积的活性基团。得到了MPCVD装置长时间稳定运行的等离子体稳定边界,并成功制备出高质量的金刚石膜。结论功率气压及温度相匹配可以提高吸收功率密度、等离子体密度及均匀性。在圆柱形装置稳定运行的边界条件下,能沉积得到较高质量的金刚石膜。