金剛石在MPCVD設備中的生長過程

?金剛石在MPCVD設備中的生長過程

金剛石在MPCVD設備中的生長需要保證MPCVD設備的真空性。將設備反應腔清洗，在基片臺上放置已經(jīng)預處理好的籽晶，關閉設備反應腔艙門，進行抽真空操作，待反應腔達到一定的真空度的時候，結(jié)束抽真空操作并通入反應氣體，反應氣體在微波場的激勵下形成等離子體狀態(tài)，反應氣體成為各種活化基團，碳元素在籽晶上沉積，生長為金剛石。

生長MPCVD金剛石所用的反應氣體主要有氫氣(H2)、甲烷(CH4)，微波能量經(jīng)過波導傳輸以及天線模式轉(zhuǎn)換后進入諧振腔，在諧振腔內(nèi)形成一定強度的微波交變電場，在交變電場的激勵下，維持在低壓狀態(tài)下上述反應氣體在微波場的作用下裂解成H、O原子或CH2、CH3、C2H2、OH等基團。含碳基團(CH2、CH3、C2H2)將在籽晶表層形成一種氣固混合界面，在這個過程當中，由于氫離子體刻蝕非晶碳或石墨(sp2)相的速度比刻蝕金剛石(sp3)相要快得多，因此金剛石表層的非金剛石相被快速刻蝕，從而實現(xiàn)金剛石生長。但實際上這個微觀過程十分復雜，僅在氫氣和甲烷兩種原料氣體所激發(fā)的等離子體中就至少有20種以上的由游離碳原子和氫原子構(gòu)成的不同基團，而且相互之間不斷進行轉(zhuǎn)化。

通俗點來講：利用MPCVD設備生長金剛石，就是先找一個籽晶，放在MPCVD設備中，在設備中通入氫氣和甲烷等反應氣體，經(jīng)過微波能量的激勵，反應氣體就會形成各種活性基團，碳元素就會附著在籽晶上，進而形成金剛石。也就是，籽晶是一粒種子，反應氣體是養(yǎng)料，種子不斷的吸收養(yǎng)料，長大成為金剛石。