編號：CYYJ03420
篇名：MPCVD高功率外延生長單晶金剛石均勻性研究
作者：李廷垟 劉繁 翁俊 張青 汪建華 熊禮威 趙洪陽
關(guān)鍵詞： 單晶金剛石 微波等離子體 化學(xué)氣相沉積 高功率 均勻性
機構(gòu)： 武漢工程大學(xué)湖北省等離子體化學(xué)與新材料重點實驗室
摘要： 目的 為了優(yōu)化單晶金剛石大批量生長的等離子體環(huán)境,開展了高功率微波等離子體環(huán)境對單晶金剛石外延生長研究。方法 利用實驗室自主研發(fā)的915 MHz-MPCVD裝置,在15~37 kW的高功率微波饋入的條件下,研究了在高功率微波等離子體環(huán)境中CVD單晶金剛石的均勻生長條件,利用光學(xué)顯微鏡及激光拉曼光譜對所生長的單晶金剛石進行了形貌質(zhì)量表征,利用等離子體發(fā)射光譜對高功率微波等離子體環(huán)境進行了診斷。結(jié)果 在保持甲烷體積分數(shù)為5%時,當(dāng)微波功率為15k W時,等離子體球的尺寸較小,并不能完全覆蓋直徑150 mm的基片臺;將微波功率從28 kW提高到37 kW,肉眼所見的等離子體尺寸變化并不明顯,但等離子體的能量分布范圍有一定的擴大,這意味著在一定的范圍內(nèi)活性基團的能量分布更均勻。在較高的微波功率下,分布于基片臺不同區(qū)域的單晶金剛石片均能獲得較好的層狀生長臺階。隨著微波功率的提高以及基片溫度的增加,分布于基片臺不同區(qū)域的微波電磁場強度都有所增強,提高了單晶金剛石的生長速率和質(zhì)量。結(jié)論 在高功率等離子體環(huán)境中,通過大幅度的提高微波功率,可以有效地活化含碳基團,在等離子體中產(chǎn)生有利于單晶金剛石高質(zhì)量高速生長的活性基團。在微波功率為37k W、甲烷體積分數(shù)為5%的情況下,將基片溫度控制在950℃附近,可以有效地抑制多晶雜質(zhì)的生成,實現(xiàn)了57片單晶金剛石的批量生長。
