MPCVD

摘要： In this study,uniform diamond films with a diameter of 100 mm were deposited in a 15 kW/2.45 GHz ellipsoidal microwave plasma chemical vapour deposition system.A phenomenological model previously developed by our group was used to simulate the distribution of the electric strength and electron density of plasma.Results indicate that the electric field in the cavity includes multiple modes,i.e.TM_(02) and TM_(03).When the gas pressure exceeds 10 kPa,the electron density of plasma increases and plasma volume decreases.A T-shaped substrate was developed to achieve uniform temperature,and the substrate was suspended in air fromΦ70 to 100 mm,thus eliminating vertical heat dissipation.An edge electric field was added to the system after the introduction of the T-shaped substrate.Moreover,the plasma volume in this case was greater than that in the central electric field but smaller than that in the periphery electric field of the TM_(02) mode.This indicates that the electric field above and below the edge benefits the plasma volume rather than the periphery electric field of the TM_(02) mode.The quality,uniformity and surface morphology of the deposited diamond films were primarily investigated to maintain substrate temperature uniformity.When employing the improved substrate,the thickness unevenness of theΦ100 mm diamond film decreased from 22%to 7%.

摘要： 微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法制备的高质量金刚石在很多领域均有广泛应用前景。本研究采用9 kW微波功率,分别在13 kPa、14 kPa、15.5 kPa、17 kPa的腔室压力下进行薄膜沉积实验,发现在15.5 kPa、17 kPa的腔室压力下沉积的薄膜在中心区域出现异常生长情况,具体表现为中心存在明显的阶梯式凸起。为揭示薄膜中心出现异常沉积的原因,使用SEM和Raman分析薄膜表面形貌和质量,通过数值模拟进行沉积过程建模计算和分析功率密度和流场分布。结果表明在相同功率下,提高腔室压力,压缩等离子体,因平均自由程较短,扩散能力不足,将导致衬底中心区域比边缘区域更易密集生长,金刚石薄膜中心区域出现明显的阶梯。同时,薄膜整体的生长速率、均匀性、质量均会在超过压力极值后降低。

摘要： 人造金刚石作为一种高效的热管理衬底,在宽禁带半导体电子器件领域具有广泛的应用前景。然而微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法外延金刚石单晶的生长速率慢,表面粗糙度高,难以满足半导体器件的衬底需求。对此,本文采用MPCVD法制备金刚石单晶薄膜,通过分阶段生长监控样品的生长速率,结合显微镜照片和AFM表征样品的表面形貌和表面粗糙度,根据拉曼光谱和XRD分析外延薄膜的晶体质量,最终采用高/低甲烷浓度的两步法外延工艺,实现了金刚石单晶薄膜的高速外延,生长速率达到20μm/h,同时获得了较为平整的表面形貌。本文所研究的甲烷调制两步法外延工艺能够起到表面形貌优化的作用,有利于在后续的相关器件研发中提供平整的金刚石衬底,推动高功率电子器件的发展。

摘要： 突破高质量、高效金刚石掺杂技术是实现高性能金刚石功率电子器件的前提。本文利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法,以三甲基硼为掺杂源,制备出表面粗糙度0.35 nm,XRD(004)摇摆曲线半峰全宽28.4 arcsec,拉曼光谱半峰全宽3.05 cm^(-1)的高质量硼掺杂单晶金刚石。通过改变气体组分中硼元素的含量,实现了10^(16)~10^(20) cm^(-3)的p型金刚石可控掺杂工艺。随后,研究了硼碳比、生长温度、甲烷浓度等工艺条件对p型金刚石电学特性的影响,结果表明:在硼碳比20×10^(-6)、生长温度1100°C、甲烷浓度8%、腔压160 mbar(1 mbar=100 Pa)时p型金刚石迁移率达到207 cm^(2)/(V·s)。通过加氧生长可以提升硼掺杂金刚石结晶质量,降低杂质散射。当氧气浓度为0.8%时,样品空穴迁移率提升至614 cm^(2)/(V·s)。

摘要： 以CH_(4)和H_(2)为气源,采用微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD),通过改变碳源浓度分别为5%、10%、15%,在硬质合金(YG6)上沉积了金刚石涂层样品。使用白光共聚焦显微镜、纳米压痕仪等研究了样品的微观形貌、表面粗糙度和弹性模量。结果表明:金刚石涂层表面光滑均匀,1 mm^(2)区域表面粗糙度约为2μm,随着甲烷浓度升高,薄膜弹性模量呈先升高后下降的趋势,其中10%甲烷浓度制备的样品平均弹性模量约为457.9 GPa。

摘要： 金刚石薄膜具有诸多优异的性能,在精密加工、半导体、散热器件、光电学等方面具有许多应用,不过现代制备金刚石薄膜的工艺依然存在沉积的速率慢、品质差等问题。简述金刚石薄膜的制备原理和制备机理,探究MPCVD制备金刚石薄膜的原理,通过近年来科研人员的研究成果来分析金刚石薄膜的制备工艺对其沉积速率和品质等方面产生的影响。其中,主要分析形核方式、CH_(4)/H_(2)比、Ar掺杂、沉积温度、沉积气压等工艺参数的差异对金刚石薄膜制备过程中活性基团的种类和浓度产生的影响。

摘要： 频率为2.45 GHz的微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)装置能够沉积直径超过60 mm的金刚石薄膜,但由于MPCVD技术中等离子体的半球形分布特点,很难保证沉积出均匀性好的大尺寸薄膜,调整等离子体分布可以在一定程度上解决这一问题。基于数值模拟的研究发现,衬底边缘悬空产生的间隙能够形成空心阴极放电,提高边缘薄膜的沉积率,优化均匀性。检测结果表明,D100 mm金刚石薄膜上80个点的厚度方差值从4.5×10^(-4)降低到5.0×10^(-5),证明薄膜的均匀性得到提高。金刚石薄膜表面热应力分布更均匀,厚度极值差从70μm降低到30μm,从而降低了薄膜在研磨抛光中产生裂纹的可能性。在较低的沉积压力下,薄膜生长的均匀性和质量均有提升,极值差只有10μm。

摘要： 金刚石-石墨烯杂化/复合材料兼具金刚石和石墨烯的优异性能,在储能、光电、生物传感器等领域有着重要的应用。近年来,大量的研究致力于这类材料的形成过程,但其生长机理仍不清楚。采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法,以有机小分子二异丙胺作为唯一碳、氮源制备了氮掺杂超纳米金刚石-石墨烯杂化薄膜。采用SEM、TEM、Raman、XRD等手段详细分析了杂化薄膜的微观形貌以及物相组成,并结合等离子体发射光谱(OES)对生长时基团种类及含量变化的原位测量,提出了可能的生长机理,为调控氮掺杂超纳米金刚石-石墨烯杂化薄膜的微观结构和性能提供理论依据。

摘要： 利用微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD),在CH4/H2体系下沉积金刚石膜,通过发射光谱仪测量等离子体参数,结合Raman光谱仪测量金刚石膜的内应力,用SEM测试金刚石膜的表面以及断面形貌,通过热震试验来探究钨表面激光处理对金刚石膜附着力的影响.结果表明:钨片表面激光处理能释放金刚石膜的应力,增强钨片与金刚石膜的附着力;在确保钨与金刚石膜附着力得到极大提高与钨片表面损伤尽量小的前提下,钨片表面切割深度在0.035 mm时较合适.

摘要： 采用微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD),以硬质合金(YG6)为基底,通过固定碳源浓度10％,腔体压强4 kPa,并控制腔内温度分别为700°C、750°C和800°C制备了不同基底温度的硬质合金基金刚石涂层样品.使用XRD、SEM、EDS、Nano Test等方法研究了样品的物相结构、成分、微观形貌和纳米硬度.结果表明:涂层颗粒尺寸约为100～200 nm,表面平滑,且随着温度升高,样品晶粒尺寸略有增大,结晶更加完善,表面纳米硬度呈升高趋势,约为50 GPa.

摘要： 本发明涉及一种MPCVD腔体结构及MPCVD设备，包括中空的本体，所述本体上设有进气管，本体内壁上设有多个与进气管连通的进气口，所述多个进气口至少分为一层，同一层的各进气口均匀分布于本体内壁的同一高度处；所述本体上设有与本体内腔连通的出气管。本发明的腔体结构中气体经过进气管，多个进气口，均匀进入腔体，可保证腔体内部气体的均匀性；同时，进气口大小不同，可保证每个进气口的气流量基本相同，保障进气的均匀性；本发明设备设计紧凑，结构合理，便于操作，等离子体稳定且分布均匀，适于制备大面积、均匀的MPCVD沉积产品。

摘要： 本申请涉及一种用于MPCVD腔体连接的法兰及MPCVD装置。法兰包括上法兰、下法兰、屏蔽条和密封圈；上法兰和下法兰配合，用于固定MPCVD腔体；下法兰上设有环状的开槽一，开槽一的宽度为以分隔板为介质，微波在介质中传输的半波长的整数倍，开槽一用于安装分隔板；下法兰上开槽一的槽底上设有开槽二和开槽三；开槽二和开槽三为同心的环状槽且开槽二的半径小于开槽三的半径；开槽二用于安装屏蔽条，开槽三用于安装密封圈。MPCVD装置包括法兰、上半腔体、下半腔体、分隔板、同轴传输段、同轴天线和生长台。本申请能够实现真空密封和微波屏蔽，减缓密封圈老化，防止微波打火烧毁密封圈，降低法兰对微波场的影响，防止打火和次生等离子的产生。

摘要： 本发明涉及一种MPCVD装置用托盘本体、确定MPCVD装置用托盘结构的工装和方法。MPCVD装置用托盘本体具有用于支撑放置沉积载体的支撑上侧；托盘本体具有支撑下侧，支撑下侧设有中心台安装结构，用于可拆安装中心导热台，中心导热台用于与冷却台导热支撑配合；支撑下侧设有导热环安装结构，用于可拆安装外侧导热环，外侧导热环用于与冷却台导热支撑配合，导热环安装结构沿托盘本体径向分布有至少两处。可根据实际需要选择安装相应的中心导热台，还可根据实际需要选择性适配外侧导热环，以使托盘与冷却台之间具有沿径向上的多种不同尺寸的接触面积，以组装成多个不同结构的托盘，以便于从中选取径向温度均匀性最优的托盘结构。

摘要： 本发明涉及一种MPCVD腔体结构及MPCVD设备，包括中空的本体，所述本体上设有进气管，本体内壁上设有多个与进气管连通的进气口，所述多个进气口至少分为一层，同一层的各进气口均匀分布于本体内壁的同一高度处；所述本体上设有与本体内腔连通的出气管。本发明的腔体结构中气体经过进气管，多个进气口，均匀进入腔体，可保证腔体内部气体的均匀性；同时，进气口大小不同，可保证每个进气口的气流量基本相同，保障进气的均匀性；本发明设备设计紧凑，结构合理，便于操作，等离子体稳定且分布均匀，适于制备大面积、均匀的MPCVD沉积产品。

摘要： 本申请涉及一种测试MPCVD设备真空漏率的方法、装置和介质，该方法包括：金刚石在MPCVD设备中生长前，记录金刚石的开始生长时间t1，测试金刚石的第一红外光谱，并得到第一红外光谱中氮的特征峰的第一吸收系数；根据第一吸收系数，得到金刚石生长前的氮含量Ns1；金刚石在MPCVD设备中生长后，记录金刚石的结束生长时间t2，测试金刚石的第二红外光谱，并得到第二红外光谱中氮的特征峰的第二吸收系数；根据第二吸收系数，得到金刚石生长后的氮含量Ns2；根据Ns1和Ns2，计算金刚石生长过程中混入的氮原子量△Ns；根据t1、t2和△Ns，计算MPCVD设备的真空漏率。本申请可以测试MPCVD设备的真空漏率，简单易行，快速高效。

摘要： 本发明公开了一种轴向风冷式多模圆柱谐振腔MPCVD装置，解决现有圆柱谐振腔MPCVD装置的结构无法适应高功率生长的技术问题。本发明包括微波发生装置，以及与微波发生装置相连接的谐振腔体；谐振腔体内设有与微波发生装置相连的不锈钢水冷天线、以及与不锈钢水冷天线相连的环形石英窗口，谐振腔体顶部和底部分别设有与谐振腔体相连通的散热机构和排气机构，排气机构底部设升降机构，升降机构顶部设有生长基台。本发明采用了一种环形石英窗口取代传统的平板石英窗口，其环形中部位置被不锈钢水冷天线所取代，避免了等离子体的直接轰击和腔体内次强场区的存在，更加有利于设备长期稳定的运行，可适应于高腔体压力和高功率的输入。

摘要： 本发明公开了一种带有锥形反射顶面的多模非圆柱谐振腔MPCVD装置，解决现有谐振腔结构限制金刚石合成功率低、生长速度慢的技术问题。本发明包括用于微波发射的微波发生装置，以及与微波发生装置相连接用于金刚石合成的生长腔体；生长腔体内设有环形石英窗，环形石英窗上方设有水冷铜台天线，水冷铜台天线上方设有用于放置金刚石晶体的螺纹钼台，螺纹钼台上方设有等离子体，生长腔体内顶面设有锥形反射面。本发明结构简单、设计科学合理、使用方便，可极大增强微波功率，提高生长速度，还能极大降低等离子体刻蚀所造成的硅污染。

摘要： 本申请涉及一种用于MPCVD腔体连接的法兰及MPCVD装置。法兰包括上法兰、下法兰、屏蔽条和密封圈；上法兰和下法兰配合，用于固定MPCVD腔体；下法兰上设有环状的开槽一，开槽一的宽度为以分隔板为介质，微波在介质中传输的半波长的整数倍，开槽一用于安装分隔板；下法兰上开槽一的槽底上设有开槽二和开槽三；开槽二和开槽三为同心的环状槽且开槽二的半径小于开槽三的半径；开槽二用于安装屏蔽条，开槽三用于安装密封圈。MPCVD装置包括法兰、上半腔体、下半腔体、分隔板、同轴传输段、同轴天线和生长台。本申请能够实现真空密封和微波屏蔽，减缓密封圈老化，防止微波打火烧毁密封圈，降低法兰对微波场的影响，防止打火和次生等离子的产生。

摘要： 本实用新型提供一种MPCVD设备用观察窗及MPCVD设备，该MPCVD设备包括设备腔体，设备腔体上安装有观察窗，该观察窗包括观察镜片和外螺纹管，外螺纹管的露出端处设有环形台，环形台的上端面处设有环形台阶，环形台阶包括上台阶平面和用于支撑放置观察镜片的下台阶平面，下台阶平面与观察镜片之间布置有第一环形密封件，环形台阶的高度大于观察镜片的厚度，环形台上设有镜片压盖，上台阶平面在外螺纹管的轴向上挡止配合，以限定对观察镜片的压紧力；外螺纹管的旋入端的端面处设有第二环形密封件。本实用新型的提供的MPCVD设备用观察窗可以有效解决现有技术中在MPCVD设备上安装观察窗时存在密封效果不好以及观察镜片安装困难的技术问题。

摘要： 本实用新型公开了一种用于MPCVD系统的导流式样品托及MPCVD系统，包括：样品托本体，用于水平放置于反应腔内，样品托本体的上方中心处设置有用于导入气流的气体导入口；样品托本体的下部为圆柱体状，其上部包括同轴设置的挡流板和导流台，挡流板位于外侧且为圆环体。导流台为一上小下大的圆台体；导流台的上表面为水平状，用于放置金刚石样品；导流台的下端直径与挡流板内环直径相同，导流台的高度满足以下条件：金刚石样品放置在导流台上时，金刚石样品的上表面不超过挡流板的上表面。在挡流板底部环绕一周间隔、且均匀贯通开设有多个径向导流孔。该样品托为金刚石生长提供一个稳定的气流环境，减少金刚石边缘多晶等缺陷的形成。