Газовое сырье
- Чистота: Чистота реакционных газов, таких как метан и водород, имеет решающее значение. Примесные газы могут внести дефекты в процесс осаждения и снизить чистоту и качество алмаза, например, примеси кислорода могут вызвать окисление поверхности алмаза и повлиять на его оптические и электрические свойства.
- Соотношение: Соотношение различных газов влияет на концентрацию и активность атомов углерода в плазме, что, в свою очередь, влияет на скорость роста и качество алмаза. Слишком высокая концентрация метана может привести к осаждению неалмазного углерода, а слишком высокая концентрация водорода может вытравить уже осажденные атомы углерода, замедлив скорость роста.
Материал подложки
- Соответствие решетки: Чем выше соответствие решетки между подложкой и алмазом, тем благоприятнее эпитаксиальный рост алмаза, который может уменьшить дефекты решетки и напряжение. Например, использование в качестве подложки карбида кремния, который имеет схожую с алмазом структуру решетки, позволяет добиться лучших результатов роста.
- Качество поверхности: Плоскостность, шероховатость и чистота поверхности подложки оказывают важное влияние на зарождение и рост алмаза. Чрезмерная шероховатость поверхности приведет к неравномерному росту алмазных зерен, а загрязнения на поверхности будут препятствовать адсорбции и осаждению атомов углерода, влияя на плотность зарождения и качество алмаза.
Параметры процесса осаждения
- Температура: Температура осаждения влияет на скорость разложения реакционного газа и скорость диффузии атомов углерода. Если температура слишком низкая, разложение реакционного газа недостаточно, скорость роста алмаза медленная, и может произойти осаждение аморфного углерода; если температура слишком высокая, это заставит зерна алмаза расти чрезмерно, что приводит к снижению качества кристалла, как правило, температура осаждения составляет от 800 до 1200℃.
- Давление: давление в системе влияет на состояние плазмы и концентрацию реакционного газа. Слишком высокое давление приводит к частому столкновению молекул реакционного газа, что не способствует адсорбции и осаждению атомов углерода на поверхности подложки; слишком низкое давление приводит к снижению плотности плазмы, что также влияет на скорость роста и качество алмаза.
- Время осаждения: время осаждения определяет толщину алмазной пленки и целостность роста кристалла. Если время слишком короткое, алмазная пленка будет слишком тонкой, чтобы соответствовать требованиям приложения, а кристаллическая структура может быть неидеальной; если время слишком долгое, может появиться больше примесей и дефектов, и стоимость производства также будет увеличена.
Характеристики оборудования
- Источник плазмы: Стабильность и однородность источника плазмы оказывает значительное влияние на качество роста алмазов. Стабильная и однородная плазма может обеспечить стабильную энергию и активные частицы для реакции, чтобы алмаз равномерно рос на подложке. Например, микроволновые источники плазмы работают лучше, чем источники плазмы постоянного тока, с точки зрения однородности плазмы, что более благоприятно для роста высококачественного монокристалла алмаза.
- Система подачи газа: Точность и стабильность системы подачи газа влияет на подачу и соотношение смешивания реакционного газа. Точный контроль расхода и соотношения смешивания газа может обеспечить стабильность реакционной среды, тем самым улучшая качество роста алмаза.
Экологические факторы
- Вакуум: процесс осаждения должен проводиться в условиях высокого вакуума, чтобы свести к минимуму влияние примесных газов. Недостаточный вакуум приведет к тому, что примесные газы будут смешиваться с реакционной системой и конкурировать с реакционными газами, внося примеси и дефекты в алмаз и снижая его качество.
- Внешние вибрации: Внешние вибрации могут нарушить стабильность плазмы и процессы атомной адсорбции на поверхности подложки, что приведет к неравномерному росту алмаза или появлению дефектов. Поэтому оборудование для CVD обычно устанавливается на виброгасящую платформу, чтобы минимизировать влияние внешних вибраций
