金刚石沉积设备的历史今生

金刚石沉积设备的历史今生

   MPCVD沉积技术的特色表现于其等离子体的能量是由微波能量来维持的，因而在放电过程当中可以不使用金属电极，可避免其他CVD沉积方法中因使用电极而造成对金刚石的污染；此外，MPCVD法的气体放电区域十分集中，不仅激励产生高密度的等离子体，激发更多的活性基团，而且其放电过程极为稳定，如上优点均有助于高质量金刚石长时间稳定的生长。正如此，MPCVD一直是业界生长高质量单晶和光学级多晶金刚石的优选方法。

   在 MPCVD 金刚石膜沉积技术的发展前期，人们就开始意识到它的缺点就是金刚石膜的沉积效率低，同样也意识到战胜如上缺点的办法就在于如何去提高MPCVD设备的输入功率。自20世纪80年代以来，通过改进MPCVD设备来提高金刚石膜的沉积效率，一直是MPCVD沉积技术的研究着力点。截至目前，依据 MPCVD 设备谐振腔形式的不同，MPCVD 设备主要经历了石英管式、石英钟罩式、圆柱形谐振腔式和环形天线式等多种形式的漫长发展历程。伴随着 MPCVD 设备类型的演变，设备的输入功率也得到了明显的提高。

    根据国际上的工业相关规定，MPCVD设备可使用的微波频率有2.45GHz和915MHz两种，对比两种不同频率的微波，915MHz频率的微波波长更长，产生的等离子体球更大，进而所需的微波功率更高，这样可沉积的金刚石膜的直径便会更大，同2.45GHz微波相比，915MHz微波有效沉积直径约是2.45GHz微波的2.67倍。正是由于上述优势，915MHz频率的MPCVD设备可大大提高金刚石的沉积效率，下降了金刚石材料的制备周期和成本，对工业界具有诱惑力。但915MHz的MPCVD设备由于其所需的功率更高，设备的结构和细节也更为复杂，其真空性也面临着很大的挑战，这样便对设备的研发、加工制造技术以及成本都提出了更高的要求。

   目前，2.45GHz和915MHz频率的MPCVD金刚石沉积设备都有批量制备单晶金刚石。但由于单晶金刚石的沉积环境十分苛刻，为了避免因等离子体球刻蚀石英而造成的污染，石英管和石英钟罩式MPCVD设备现在很少被采用。