圆柱谐振腔式微波等离子体金刚石膜CVD沉积室的FDTD模拟与优化

微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术被认为是制备高质量金刚石膜的一种最重要的技术手段。对微波等离子体金刚石膜沉积装置进行模拟与优化,可大大减少设计和改进MPCVD装置时所需要的时间与成本。本文在结合使用谐振腔质量因子和沉积台上方等离子体的密度与分布两个优化判据的基础上,采用Matlab语言和时域有限差分方法,模拟了圆柱谐振腔式微波等离子体金刚石膜沉积装置,并对其主要尺寸进行了优化。     

微波等离子体化学气相沉积系统谐振腔研究

微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法是目前最有发展前景的高质量金刚石薄膜沉积方法之一,但由于谐振腔中微波与等离子体之间强烈的相互作用,人们很难根据经验对谐振腔进行改进,本文利用HFSS软件对不锈钢式MPCVD的谐振腔进行了模拟,通过分析谐振腔内电场以及等离子体的分布,对谐振腔的主要参数进行了优化处理,并根据模拟结果设计出谐振腔系统,在一定条件下,沉积出了优质的金刚石膜,沉积速率可达到0.33 μm/h.     

微波等离子体化学气相沉积金刚石膜装置的研究进展

综述了各种微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）金刚石膜装置的结构及工作原理,并对它们各自的优缺点做了比较分析;基于MPCVD金刚石膜装置的发展现状,构想设计了一种新型高效的大功率大面积快速沉积CVD金刚石膜装置,并对其可行性做了初步分析研究。     

圆柱谐振腔式MPCVD装置中氢、氩微波等离子体分布规律的数值模拟

在使用简化的等离子体放电模型的基础上,模拟了圆柱谐振腔式微波等离子体沉积室中,不同金刚石膜生长条件下微波等离子体的分布状态。在模拟中,针对纳米金刚石的生长环境,就纯氩气反应气体中,不同的输入功率、不同气体压力条件下,沉积室中形成的等离子体分布的变化规律进行了模拟,将其与一般氢气气氛下的相应模拟结果相对比。模拟所获得的结果,对微波等离子体方法沉积金刚石膜的操作环境的优化,有着一定的指导意义。     

分体圆柱谐振腔法用于金刚石膜微波介电性能测试的研究

针对金刚石膜微波介电损耗低、厚度薄带来的微波介电性能测试难点, 研制了一台分体圆柱谐振腔式微波介电性能测试装置。利用不同直径的蓝宝石单晶样品, 用上述装置对低损耗薄膜类样品微波介电性能的测试能力及样品直径对测试结果的影响进行了实验研究。在此基础上, 使用分体圆柱谐振腔式微波介电性能测试装置对微波等离子体化学气相沉积法和直流电弧等离子体喷射法制备的高品质金刚石膜在Ka波段的微波介电性能进行了测试比较。测试结果表明, 由Raman光谱、紫外-可见光谱等分析证明品质较优的微波等离子体化学气相沉积法制备的金刚石膜具有更高的微波介电性能, 其相对介电常数和微波介电损耗值均低于直流电弧等离子体喷射法制备的金刚石膜。     

热管理用3英寸硅衬底金刚石薄膜的制备

金刚石膜材料用作GaN电子器件散热器具有巨大潜力,低应力、大尺寸、高质量、原子级光滑表面的金刚石膜层是GaN器件的整体传热能力提升的关键。本研究提出了一种用于3英寸(1英寸=2.54 cm)硅衬底多晶金刚石薄膜的生长和晶圆级抛光技术,用以实现大尺寸金刚石膜材料在散热器方向上的应用。首先对微波谐振腔内的等离子体进行多物理场自洽建模,通过仿真模拟技术分析2.45GHz多模椭球谐振腔微波等离子体化学气相沉积(Microwave plasma chemical vapor deposition,MPCVD)装置沉积大尺寸金刚石薄膜的可行性,并优化生长工艺参数。然后对金刚石薄膜进行研磨抛光处理,以满足GaN器件的键合需求。模拟结果表明,输入相同的微波功率,腔室压强增大导致等离子核心电子和原子H数密度增加,但径向分布均匀性变差。在优化的工艺条件下沉积了金刚薄膜。实验结果表明,金刚石薄膜厚度不均匀性为17%。较高的甲烷浓度导致金刚石晶粒呈现以(111)晶面为主的金字塔形貌特征,并伴有孪晶的生成。Raman光谱中金刚石一阶特征峰半峰全宽(Full width at half maximum,FWHM)...     

高气压下温度对金刚石膜择优取向的影响

采用自主改进的圆柱谐振腔式MPCVD装置,以H2-CH4为气源、反应腔压强30kPa、微波功率6kW、CH4浓度2%,在不同的沉积温度下进行了多晶金刚石膜的制备研究。采用扫描电镜、X-射线衍射技术对所制备样品的表面形貌、物相及晶面取向进行了分析。结果表明,在高气压条件下,沉积温度由800℃升高至900℃时,金刚石膜的表面形貌由(111)晶面择优取向逐渐转向(100)晶面择优取向;沉积温度由900℃升高至1050℃时,金刚石的表面形貌由(100)晶面择优取向逐渐转向(111)晶面择优取向。     

MPCVD金刚石膜装置的研究进展

微波等离子体(MPCVD)法因其独特的优势,成为高速、大面积、高质量制备金刚石膜的首选方法,MPCVD金刚石膜装置的研究受到科研人员和工业界的广泛关注。文章对金刚石膜的性质和各种制备方法进行了简要概述,论述了CVD金刚石膜的生长机理,着重阐述了各种MPCVD装置的结构特点及工作原理,并对各种装置的优、缺点进行了分析。研究结果表明:研制具有高品质因数谐振腔能激发均匀微波等离子体的MPCVD装置,是进一步开发金刚石膜工业化应用所需解决的主要问题。     

微波等离子体化学气相沉积——一种制备金刚石膜的理想方法

综述了微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法制备金刚石膜技术,表明MPCVD是高速、大面积、高质量制备金刚石膜的首选方法。介绍了几种常用的MPCVD装置类型,从MPCVD装置的结构特点可以看到,用该类型装置在生长CVD金刚石膜时显示出独特的优越性和灵活性。用MPCVD法制备出的金刚石膜其性能接近甚至超过天然金刚石,并在多个领域得到广泛应用。     

高品质金刚石膜微波等离子体CVD技术的发展现状

金刚石膜拥有许多优异的性能。在制备金刚石膜的各种方法之中,高功率微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法因其产生的等离子体密度高,同时金刚石膜沉积过程的可控性和洁净性好,因而一直是制备高品质金刚石膜的首选方法。在世界范围内,美、英、德、日、法等先进国家均已掌握了以高功率MPCVD法沉积高品质金刚石膜的技术。但在我国国内,高功率MPCVD装备落后一直是困扰我国高品质金刚石膜制备技术发展的主要障碍。首先综述国际上高功率MPCVD装备和高品质金刚石膜制备技术的发展现状,包括各种高功率MPCVD装置的特点。其后,回顾了我国金刚石膜MPCVD技术的发展历史,并介绍北京科技大学近年来在发展高功率MPCVD装备和高品质金刚石膜制备技术方面取得的新进展。