Quantum Design-微波等离子化学气相沉积系统-MPCVD

微波等离子化学气相沉积系统-MPCVD

微波等离子化学气相沉积技术（MPCVD）, 通过等离子增加前驱体的反应速率，降低反应温度。适合制备面积大、均匀性好、纯度高、结晶形态好的高质量硬质薄膜和晶体。

MPCVD是制备大尺寸单晶金刚石有效手段之一。德国iplas公司的 CYRANNUS® 等离子技术解决了传统等离子技术的局限，可以在10mbar到室压范围内激发高稳定度的等离子团，程度上减少了因气流、气压、气体成分、电压等因素波动引起的等离子体状态的变化，从而确保单晶生长的持续性，为合成大尺寸单晶金刚石提供有力保证。

应用领域

▪ 大尺寸宝石级单晶钻石

▪ 高取向度金刚石晶体

▪ 纳米结晶金刚石

▪ 碳纳米管/类金刚石碳（DLC）

▪ MPCVD同样适用于其它硬质材料如Al₂O₃，c-BN的薄膜沉积和晶体合成。

MPCVD等离子化学气相沉积设备特点

1.CYRANNUS^®技术无需在样品腔内安装内部电极，在沉积腔内，没有工作气体以外的任何物质，洁净，无污染源。等离子发生器可以保持长寿命，并可以确保腔内的等离子体的均匀分布，进一步生成晶体的纯净度和生长周期。

2.CYRANNUS^®技术的腔外多电极设置，确保等离子团稳定生成于腔内中心位置，对腔壁、窗口等无侵蚀作用，减少杂质来源，提高晶体纯度。由CYRANNUS^®系统合成的金刚石，纯度均在VVS级别以上。

3.电子温度和离子温度对中性气体温度之比非常高，运载气体保持合适的温度，因此可使基底的温度不会过高。

4.微波发生器稳定易控，能在从10 mbar到室压的高压强环境下维持等离子体，在气流、气压、气体成分、电压出现波动时，确保等离子体状态的稳定，保证单晶生长的过程不被上述干扰而中断，有利于获得大尺寸单晶金刚石。

5.可以采用磁约束的方法，约束在等离子团在约定的空间内，微波结和磁路可以兼容。

6.安全因素高。高压源和等离子体发生器互相隔离，微波泄漏小，容易达到辐射安全标准。

7.可搭配多种功率微波源和不同尺寸腔体，满足从实验室小型设备到工业大型装置的不同需要。大可以对300mm直径的衬底沉积金刚石薄膜。

化学机理概要：

碳氢化合物：提供沉积材料

氢气：生成sp³键

氧：对石墨相/sp²键侵蚀

惰性气体：缓冲气体，或生成纳米晶体。

适用合成材料：

大尺寸宝石级单晶钻石

高取向度金刚石晶体

纳米结晶金刚石

碳纳米管/类金刚石碳（DLC）

金刚石薄膜

宝石级钻石

vvs1,~1 carrat, E grade

多种等离子发生器选择：

频率：2.45 GHz, 915 MHz

功率：1-2 kW, 1-3 kW, 3-6 kW,1-6 kW，5-30 kW

等离子团直径：70 mm, 145 mm, 250 mm, 400 mm

工作其他范围：0-1000 mBar

其他应用：

MPCVD同样适用于平面基体，或曲面颗粒的其它硬质材料如Al₂O₃，c-BN的薄膜沉积和晶体合成。德国iplas公司凭借几十年在等离子技术领域的积累，可以为用户提供高度定制的设备，满足用户不同的应用需要。

参考文献：Growth of large-scale heteroepitaxial 3C-SiC films and nanosheets on silicon substrates by microwave plasma enhanced CVD at higher powers, Surface and Coatings Technology,Volume 299,2016,Pages 96-103,ISSN 0257-8972.

https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2016.04.070.

[1] Diamond/β-SiC film as adhesion-enhanced interlayer for top diamond coatings on cemented tungsten carbide substrate, Journal of Materials Science & Technology,Volume 33, Issue 10,2017,Pages 1097-1106,ISSN 1005-0302, https://doi.org/10.1016/j.jmst.2017.06.005.

[2] Growth of large-scale heteroepitaxial 3C-SiC films and nanosheets on silicon substrates by microwave plasma enhanced CVD at higher powers, Surface and Coatings Technology,Volume 299,2016,Pages 96-103,ISSN 0257-8972, https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2016.04.070.

[3] Use of optical spectroscopy methods to determine the solubility limit for nitrogen in diamond single crystals synthesized by chemical vapor deposition, Journal of Applied Spectroscopy, Vol. 82, No. 2, May, 2015 (Russian Original Vol. 82, No. 2, March–April, 2015).

[4] Large Area Deposition of Polycrystalline Diamond Coatings by Microwave Plasma CVD. Trans. Ind. Ceram. Soc., vol. 72, no. 4, pp. 225-232 (2013).

[5] Investigation of the coefficient of thermal expansion in nanocrystalline diamond films, Diamond and Related Materials, Volume 18, Issues 2–3,2009,Pages 224-228,ISSN 0925-9635, https://doi.org/10.1016/j.diamond.2008.10.016.

[6] Low temperature growth of ultrananocrystalline diamond. Journal of Applied Physics 96, 2232 (2004); https://doi.org/10.1063/1.1769609

中科院沈阳金属所

吉林大学

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