Химическое осаждение из газовой фазы (Chemical vapor deposition, CVD) — процесс, используемый в индустрии для получения материалов с контролируемым составом и структурой: объемные монокристаллы и поликристаллы, аморфные тела, тонкопленочные покрытия и эпитаксиальные структуры. Примеры получаемых материалов: кремний, углеродное волокно, углеродное нановолокно, углеродные нанотрубки, графен, SiO2, вольфрам, карбид кремния, нитрид кремния, нитрид титана, различные диэлектрики, а также синтетические алмазы.
Одним из факторов, влияющих на скорость масштабного внедрения алмазных материалов в промышленность, является сложность в росте бездефектного материала с контролируемым примесным составом. Синтез алмаза методом CVD позволяет выращивать монокристаллический материал для изготовления подложек для микроэлектронных приборов и микросхем, поликристаллические слои для теплоотводов в энергонагруженных участках силовой электроники и мощных СВЧ-устройств, оптические элементы для рентгеновской оптики и лазерной техники, функциональные слои в новых электронных приборах с ранее недостижимыми свойствами (теплоотводящие слои с высоким пробивным напряжением, изоляторы, диэлектрики в конденсаторах и т.д.). Процесс роста алмаза состоит из следующих этапов: введение газов в реактор, термическая или плазменная активация реагентов, перенос активных радикалов и молекул к растущей поверхности, химические и диффузионные процессы на поверхности, образование алмаза и других форм углерода. В качестве источника углерода используется углеводород (чаще всего метан), сильно разбавленный водородом. В первых удачных опытах роста алмаза активация газовой смеси достигалась нагревом газа с помощью вольфрамовой проволоки. В настоящее время наиболее часто используемый способ активации газовой смеси – возбуждение плазмы в СВЧ разряде или тлеющим разрядом.
Ключевую роль в росте алмаза играют два радикала: атомарный водород (H) и метил-радикал (CH3). Для их образования необходимо активировать газовую смесь. В начале имеется только газовая фаза. В газе отсутствуют свободные носители заряда и поглощение электромагнитного излучения происходит только за счет нейтральных атомов и молекул. Это происходит за счет диэлектрического нагрева и многофотонного поглощения. При диэлектрическом нагреве электромагнитное излучение взаимодействует с дипольными моментами молекул. Одновременное поглощение молекулой нескольких фотонов приводит к фотоионизации и образованию ионов и электронов. Уже плазма поглощает энергию за счет разгона электронов, которые в столкновениях передают энергию остальным частицам.
Главными параметрами, определяющими процесс CVD алмаза, являются: давление газовой смеси, мощность возбуждения газа (определяющая температуру газа), доля углеводорода в газовой смеси и температура подложки. Обычно мощность СВЧ-возбуждения находится в диапазоне 600-6000 Вт, давление газовой смеси в реакторе поддерживается в диапазоне от десятков до нескольких сотен Торр, концентрация углеводорода в газовой смеси составляет от долей до единиц %. Температура подложки зависит от комбинации этих параметров и от конструкции установки, и обычно лежит в диапазоне 600-1100 ºС. Активация газовой смеси микроволновым излучением требует тщательной настройки системы генерации плазмы. Все компоненты системы должны способствовать формированию равномерного и плотного плазменного разряда, в котором образуются углеродсодержащие радикалы, служащие источником материи для растущих алмазных слоев или слитков.
Разрабатываемое и поставляемое компанией FREZART оригинальное оборудование позволяет воспроизводимо получать моно-
и поликристаллический алмаз с контролируемыми составом и структурой.
| Наименование параметра | Значение |
| Габариты | ДхШхВ не более 1600х800х1500 (вес не более 400 кг) |
| Мощность источника | 6 кВт |
| Количество газовых каналов | до 5 независимых каналов |
| Рабочие газы | H2, O2, CH4,N2, Ar |
| Рабочее давление в камере | до 300 торр |
| Диаметр зоны роста | до 100 мм |
| Наличие группового роста | Да |
| Программное обеспечение | Собственная разработка |
| Дополнительные опции | Генератор водорода, чиллер, ИБП, комплект для запуска процесса синтеза, затравочные пластины, встроенный фильтр водорода |
Установки CVD синтеза FREZART проектируются как единая система, включающая в себя:
Камера
Вакуумная система
Система подачи газов
Система генерации плазмы
Система охлаждения
Газогенерация и газоподготовка
Система защиты и контроля