編號(hào)：NMJS08713
篇名：等離子體聚集裝置下的高能量密度單晶金剛石快速生長(zhǎng)研究
作者：李一村 劉雪冬 郝曉斌 代兵 呂繼磊 朱嘉琦
關(guān)鍵詞： MPCVD單晶金剛石生長(zhǎng) 高能量密度 高生長(zhǎng)速率 等離子體仿真
機(jī)構(gòu)： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院 湖北碳六科技有限公司
摘要： 單晶金剛石是一種性能優(yōu)異的晶體材料,在先進(jìn)科學(xué)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。在微波等離子體化學(xué)氣相沉積(Microwave plasma chemical vapor deposition,MPCVD)單晶金剛石生長(zhǎng)中,如何提高晶體的生長(zhǎng)速率一直是研究者們關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題之一,而采用高能量密度的等離子體是提高單晶金剛石生長(zhǎng)速率的有效手段。在本研究中,首先通過(guò)磁流體動(dòng)力學(xué)(Magnetohydrodynamic,MHD)模型仿真計(jì)算,優(yōu)化設(shè)計(jì)了特殊的等離子體聚集裝置;隨后基于模擬結(jié)果進(jìn)行生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn),采用光譜分析和等離子體成像對(duì)等離子體性狀進(jìn)行了研究,制備了單晶金剛石生長(zhǎng)樣品;并通過(guò)光學(xué)顯微鏡、拉曼光譜對(duì)生長(zhǎng)樣品進(jìn)行測(cè)試。模擬結(jié)果顯示,聚集條件下的核心電場(chǎng)和電子密度是普通條件下的3倍;生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,在常規(guī)的微波功率(3500 W)、生長(zhǎng)氣壓(18 kPa)下得到的高能量密度(793.7 W/cm3)的等離子體與模型計(jì)算結(jié)果吻合。高能量密度生長(zhǎng)條件并不會(huì)對(duì)生長(zhǎng)形貌產(chǎn)生較大影響,但加入一定量氮?dú)饽軌蝻@著改變生長(zhǎng)形貌,并對(duì)晶體質(zhì)量產(chǎn)生影響。采用這種方法,成功制備了高速率(97.5μm/h)單晶金剛石。不同于通過(guò)增大生長(zhǎng)氣壓來(lái)獲得高能量密度的途徑,本研究在常規(guī)的生長(zhǎng)氣壓和微波功率下也可以生長(zhǎng)高能量密度單晶金剛石。
