Zašto CVD dijamant raste sloj po sloj?

Mnogi ljudi zamišljaju rast CVD dijamanata kao jone ugljenika koji jednostavno padaju na podlogu. Stvarnost je sasvim drugačija: ono što odlučuje hoće li film ispasti kao monokristal visoke-istoće ili kao gruba polikristalna zbrka nije plinska faza već površina - kako se atomi ugljika hvataju, kako migriraju i kako se konačno slažu u rešetku. Fizika površine je, na kraju, srž rasta dijamanata.

1. Rast se dešava na površini, ne samo u gasnoj fazi

Unutar CVD komore, metan i drugi plinovi koji sadrže ugljik- se razbijaju plazmom u reaktivne vrste kao što su metil radikali (CH₃). Kada ove vrste stignu do površine supstrata, one se jednostavno ne zalijepe tamo gdje su sletjele. Prvo se adsorbiraju, a zatim difundiraju po površini sve dok ne naiđu na ivicu stepenica, gdje se "hvataju" i ugrađuju u dijamantsku rešetku.

Zamislite to kao izgradnju zida: radikali gasne{0}}faze su samo cigle koje se isporučuju na gradilište. Da li će zid završiti ravan, pa čak i zavisi od toga kako se te cigle nose, poravnavaju i postavljaju u fuge -, a ne od toga koliko je cigli stiglo.

2. Atomski vodonik: čuvar vrata koji čuva dijamantski dijamant

Atomski vodonik je nezamjenjiv dio CVD okruženja i obavlja dva bitna posla:

• Prekida viseće veze.Površinski atomi ugljika nose mnoge viseće veze; zasićenje ih vodonikom sprečava da se površina spontano rekonstruiše nazad u grafit-slike.
• Suzbija grafitizaciju.Atomski vodonik nagriza sp²{0}}vezani ugljenik (grafit) mnogo brže od sp³-vezanog ugljenika (dijamant). U stvari, on kontinuirano "briše" pogrešno postavljenu grafitnu fazu kako raste, ostavljajući za sobom samo dijamantsku strukturu.

Ova kombinacija stabilizacije površine i selektivnog jetkanja je razlog zašto ugljik koji dolazi na površinu teži da se zaključa kao sp³ dijamant, umjesto da se opušta u grafit.

3. Dvije konkurentske dužine: dužina difuzije naspram razmaka koraka

Na površini se nadmeću dvije karakteristične dužine:

• Dužina površinske difuzije- koliko daleko može otputovati adsorbirana vrsta ugljika prije nego što se zamrzne na mjestu prekidanjem vodonika.
• Razmak koraka- udaljenost između susjednih ivica stepenica na površini.

Kada je dužina difuzijevećiod razmaka koraka, adsorbovani ugljenik ima dovoljno vremena da stigne do ivice stepenika i ugradi se u rešetku. Kristal raste uredno, jedan po jedan atomski sloj - klasični sloj-po-način rasta, sa nekoliko defekata i atomski glatkom površinom.

Kada je temperatura preniska, a difuzija prespora, ugljik se smrzava na mjestu prije nego dođe do bilo kojeg koraka. Nukleira nasumično na ravnim terasama, što tipično daje polikristalni film, hrapavu površinu i visoku gustinu defekata.

4. Temperatura je-mač sa dvije oštrice: prozor rasta

Više nije uvijek bolje:

• Previše hladno- površinska difuzija je spora i vraćate se na slučajnu nukleaciju, polikristalne filmove i grube površine.
• Prevruće- atomski vodonik ugriza dijamant ubrzanom brzinom. Jednom kada graviranje prestigne rast, neto stopa rasta zapravo opada, pa čak i-narasli slojevi mogu biti uklonjeni.

CVD dijamant stoga djeluje unutar onoga što je poznato kao a"prozor rasta"- kombinacija temperature, pritiska, omjera plina i snage gdje se ugljenik može i difundirati do stepenica i ugraditi bez preko-ugrizanja. Samo unutar ovog prozora dijamant visokog{3}}kvaliteta stalno raste.

Zatvaranje

Da li CVD dijamant raste "sloj po sloj" je, u suštini, površinski{0}}kinetički problem. Difuzija prekursora na površini, gustina koraka i dvostruka uloga vodika u prekidu visećih veza i selektivnom jetkanju grafita zajedno odlučuju hoćete li završiti s jednim- debelim filmom, polikristalnim premazom ili grubim odbačenim materijalom. Razumijevanje - i kontrola - ovog prozora rasta je tehnička osnova iza dijamanta visokih-performansi, od raspršivača topline i optičkih prozora do poluvodičkih supstrata.

O huicetools:profesionalni proizvođač dijamantskih alata, osnovan 2006. Sa dugogodišnjim-iskustvom, prodajemo fabrički-direktno po veoma konkurentnim cijenama. Naša linija proizvoda pokriva dijamantske segmente/oštrice pile, dijamantske alate za brušenje (točkovi, jastučići, diskovi, blokovi), dijamantske burgije i cijeli niz dijamantskih alata za kamene i građevinske aplikacije.

Odricanje od odgovornosti:Ovaj članak je namijenjen samo za tehničko obrazovanje i opće informacije o industriji i ne predstavlja investicijski savjet ili osnovu za poslovne odluke. Procesni mehanizmi i parametri koji su ovdje opisani su sažeti iz široko prihvaćenih naučnih saznanja; stvarni prozori rasta variraju u zavisnosti od sistema opreme. Ne garantujemo njihovu potpunost, tačnost ili primjenjivost. Za ponovno objavljivanje ili citiranje, kontaktirajte huicetools i navedite izvor.