MPCVD ullmhú na teicneolaíochta diamanta

 

Eochairfhocail: Diamond MPCVD; teicneolaíocht ullmhúcháin; lochtanna criostail; struchtúr tsubstráit dúbailte

 

0 Réamhrá

Faoi láthair, i measc na bpríomh-mhodhanna sintéise do dhiamaint chriostail aonair, tá na teicneolaíochtaí réasúnta aibí ardbhrú (HPHT) agus deascadh gaile ceimiceach plasma micreathonn (MPCVD). Cé go bhfuil próiseas ullmhúcháin simplí ag an modh ardbhrú teochta ard agus ráta fáis tapa de dhiamaint chriostail singil, tá a threalamh éagobhsaí, rud a fhágann go héasca nach féidir diamaint chriostail mhóra singil a fhás go leanúnach ar feadh i bhfad. Ina theannta sin, cuirfear roinnt eisíontais leis le linn shintéis diamaint chriostail singil, rud nach gcuidíonn le fás diamaint chriostail singil ardcháilíochta . Is é an modh fáis homoepitaxial de dhiamaint chriostail aonair trí thaisceadh gaile ceimiceach plasma micreathonn (MPCVD) an modh is coitianta a úsáidtear faoi láthair agus tá aird fhorleathan faighte aige ó scoláirí sa bhaile agus thar lear. I gcomparáid le modhanna eile, tá buntáistí ag baint le modh MPCVD chun diamaint chriostail aonair a ullmhú a bhaineann le fuinneamh cinéiteach leictreon mór, raon brú oibre cobhsaí leathan, ardchéim ianúcháin, gan aon éilliú leictreoid, agus oibriú cobhsaí fadtéarmach .

 

 

1. Tionchar-Struchtúr an tSubstráit Dhé ar Fhás Criostail Dhiamaint Aonair

Feiste nua MPCVD a d’fhorbair Xia Yuhao et al. Tugadh struchtúr dé-shubstráit isteach sa chuas athshondach traidisiúnta cúpláilte. Ba é 2.45 GHz an minicíocht oibriúcháin, agus ba é 1.6 kW an chumhacht aschuir uasta. Taispeántar an léaráid scéimreach i bhFíor 1.

 

Fíor 1 Prionsabal na gcuas athshondach micreathonn le struchtúir éagsúla

 

Tar éis an fháis, rinneadh anailís ar thionchar an struchtúir dé-shubstráit ar speictream astaíochta plasma agus fás criostail aonair diamanta faoi na paraiméadair chéanna trí úsáid a bhaint as speictreascópacht Raman, scanadh micreascópachta leictreoin, speictreascópacht astaithe, agus trealamh eile.

 

I gcomparáid leis an struchtúr traidisiúnta tsubstráit aonair, faoi na paraiméadair sil-leagan céanna, bhí na réimsí plasma ginte ag an dé-struchtúr substráit níos lú ó thaobh toirte agus bhí dlús cumhachta níos airde acu. Bhí déine agus dlús na ngrúpaí C2 agus na ngrúpaí H sa phlasma i bhfad níos airde freisin ná iad siúd i struchtúr an tsubstráit aonair.

 

I gcomparáid leis an struchtúr tsubstráit aonair, bhí moirfeolaíocht dromchla níos réidhe agus níos cothroime ag an diamant criostail aonair a fhástar faoin struchtúr dé-substráit faoi choinníollacha ard-ábhar meatáin, criostalacht níos airde, níos lú lochtanna inmheánacha, agus buaic-athrú níos lú saintréithe sa diamant. Méadaíonn an ráta fáis de dhiamaint chriostail shingil a fhástar i struchtúr déshubstráit de réir mar a mhéadaíonn codán toirte meatáin, a shroicheann suas le 24 µm/h, rud a fhágann go bhfuil sé oiriúnach chun scannáin tiubha a bhfuil ard-ábhar meatáin iontu a fhás.

 

 

2. Próiseas Ullmhúcháin Scannán Diamond ag MPCVD

Cé go bhfuil staidéar forleathan déanta ar theicneolaíocht sil-scannán tanaí diamanta, ba é an sprioc a bhí ag an tionscal i gcónaí fás ardcháilíochta, ardcháilíochta, agus ísealchostais na scannán diamanta faoi pharaiméadair phróisis iomadúla. Ní hamháin go bhfuil costais táirgthe íseal ag scannáin dhiamanta ardchaighdeáin a fhástar faoi choinníollacha optamaithe, ach baineann siad céim cháilíochtúil amach in iarratais i réimsí na leictreonaice agus an fhuinnimh.

 

Bhí HUANG et al. rinne sé iniúchadh ar an ráta fáis is tapúla de scannáin Diamond faoi bhrú éagsúla seomra, codáin toirte meatáin, agus cumhacht micreathonn.

 

Rinne Jiang Caiyi staidéar ar an gcomhghaol idir teocht an tsubstráit, brú an tseomra imoibrithe, agus codán toirte meatáin ar íonacht agus ráta fáis scannáin Diamond.

 

Ní hamháin go bhfuil dlúthbhaint ag núicléasú scannáin diamanta le fachtóirí cosúil le cineál ábhar tsubstráit agus modh réamhchóireála dromchla, ach tá tionchar mór aige freisin ar pharaiméadair phróisis ar nós teocht an tsubstráit, brú aireagail, agus codán toirte meatáin. Tá teocht an tsubstráit níos ísle a chabhródh le núicléasú, ach beidh ráta núiclithe mall agus aonfhoirmeacht lag mar thoradh ar theocht ró-íseal; is féidir le méadú ar chodán toirte meatáin núicléas a chur chun cinn, ach beidh laghdú ar íonacht diamanta mar thoradh ar chodán toirte ró-ard [7-9]. Li Sijia et al. [10] rinne sé staidéar ar éifeachtaí teocht an tsubstráit, brú cuas, agus codán toirte meatáin ar cháilíocht scannán diamanta trí thurgnaimh, agus d'fhorbair sé na coinníollacha próisis is fearr, ag fáil na torthaí seo a leanas:

(1) Nuair a bhíonn an teocht ró-íseal, tá níos lú hidrigineacha corraithe, tá ráta fáis an scannáin Diamond mall, agus ní chabhródh sé le fás céim an scannáin Diamond; nuair a bhíonn an teocht ró-ard, fásann an scannán Diamond go tapa, ach tá an caighdeán criostail bocht agus is furasta é a graifítiú.

(2) Nuair a bhíonn an brú ró-íseal, tá na réimsí ian scaipthe, tá an ráta fáis mall, agus níl an cumas eitseála adamh hidrigine leordhóthanach, rud a fhágann droch-chaighdeán scannáin Diamond; nuair a bhíonn an brú ró-ard, tá an ráta fáis níos tapúla, ach ag an am seo tá na réimsí plasma níos comhchruinnithe agus tá codán toirte na n-adamh hidrigine corraithe níos airde, rud a fhágann go dtiocfaidh méadú ar lochtanna Diamond agus laghdú ar cháilíocht.

(3) Nuair a bhíonn an codán toirte meatáin ró-íseal, tá an codán toirte carbóin-ina bhfuil grúpaí gníomhacha íseal agus tá an ráta fáis mall, ach tá an caighdeán Diamond ard; nuair a bhíonn an codán toirte meatáin ró-ard, tá an codán toirte carbóin-ina bhfuil grúpaí gníomhacha ard agus tá an ráta fáis tapa, ach tá an caighdeán Diamond bocht. Is léir go ndéanann codáin toirte meatáin atá ró-ard agus ró-íseal araon dochar d’fhoirmiú scannán diamaint ar ardchaighdeán [11-12].

 

3. Tionchar Teochta ar Lochtanna i Homoetheroepitaxy Single-Crystal Diamond

Tá buntáistí ag MPCVD, mar mhodh taiscí Diamond a úsáidtear go coitianta, mar urscaoileadh gan leictreoid, ráta fáis tapa, agus neamhíonachtaí táirgí íseal, rud a fhágann gur modh fáis idéalach Diamond é [13]. Mar sin féin, tá ceanglais dhian ag MPCVD ar pharaiméadair fáis agus ar cháilíocht an diamaint chriostail singil, agus tá lochtanna agus neamhíonachtaí fós ag an diamant criostail singil a fhástar, rud a mbíonn tionchar suntasach acu ar a fheidhmíocht [14]. Dá bhrí sin, tá tábhacht dhearfach ag baint le laghdú lochtanna i ndiamant criostail aonair chun a fheidhmíocht a fheabhsú agus chun a fheidhmiú i bhfeistí leictreonacha a chur chun cinn.

 

Déantar lochtanna Diamond a rangú go príomha i dtrí chineál: dislocations, cúpla, agus lochtanna cruachta. Is minic a bhíonn fabhtanna cruachta agus gráinní tiubha ar an eitleán criostail (111), agus tá an fhéidearthacht meiteamorfachta ar an eitleán (111) i bhfad níos mó ná mar atá ar an eitleán criostail (100).

 

Fuair ​​​​staidéir amach go dtarlaíonn lochtanna cruachta den chuid is mó ar an eitleán criostail (111) agus go ndéantar iad a dháileadh in aice leis na teorainneacha gráin; d'fhéadfadh lochtanna sa chriostail féin a bheith i gceist le lochtanna sa chriostail singil, neamhíonachtaí sa fhoinse gáis, neamhíonachtaí sa chuas, nó neamhréireachtaí sna paraiméadair turgnamhacha a úsáidtear . Dá bhrí sin, TALLAIRE et al. úsáid plasma H₂/O₂ chun lochtanna dromchla diamant criostail shingil a eitseáil ar feadh i bhfad roimh fhás chun lochtanna a laghdú.

 

Tá WANG et al. [17] fuarthas amach go raibh baint ag an gclaochlú ó (111) go (100) gné le tiúchan agus teocht toirte meatáin, agus go bhféadfadh méadú ar an tiúchan toirte meatáin an claochlú ó (111) go (100) gné a chur chun cinn.

Tá Yan Lei et al. [18] fuarthas ina staidéar ar an éifeacht I(C2)/I(H ) ar cháilíocht an fháis diamanta dá ísle an cóimheas, is amhlaidh is fearr cáilíocht an diamaint fhásta. Tá sé seo toisc go bhfuil C2, mar réamhtheachtaí Diamond, rannpháirteach go díreach i bpróiseas fáis homoepitaxial Diamond; cé go dtugann H eitseáil tosaíochta ar an gcéim neamh-dhiamond, mar sin dá airde an t-ábhar grúpa H, is amhlaidh is fearr cáilíocht an diamaint fhásta.

 

4. Conclúid

4.1 I gcomparáid leis an struchtúr tsubstráit aonair, tá deilbhíocht dromchla níos réidhe agus níos cothroime ag an diamant criostail aonair a fhástar faoi choinníollacha ard-ábhar meatáin leis an struchtúr déshubstráit, criostalacht níos airde, agus níos lú lochtanna inmheánacha.

4.3 Cruthóidh diamaint criostail aonair a thaisctear ag 740 céim strus mór comhbhrúiteach, rud a fhágann go mbeidh scoilteanna dromchla ann; Laghdóidh na lochtanna taper de Diamond a thaisceadh ag 780 céim agus 820 céim go pointe áirithe tar éis fás; méadófar achar fabht an eitleáin (111) de dhiamaint chriostail singil- atá i dtaisce ag 860 céime.

 

Ráiteas: Tá an t-ábhar thuas ó fhaisnéis phoiblí Idirlíon na Síne. Má tá aon earráidí faisnéise nó áiteanna a chuireann isteach ar do chearta agus leasanna, cuir in iúl dúinn le do thoil iad a scriosadh.