圆柱形谐振式MPCVD装置的模拟及调控

作者：刘繁; 翁俊^*; 汪建华; 周程

来源：表面技术, 2021, 50(04): 184-190.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.04.017

• 微波等离子体化学气相沉积
• 等离子体
• 金刚石膜

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C2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。

• 单位
  中国科学院; 武汉工程大学