新型高功率MPCVD金刚石膜装置的数值模拟与实验研究

人工晶体学报, 2015, 44(6): 1544-1550.

新型高功率MPCVD金刚石膜装置的数值模拟与实验研究

安康 ^1, , 刘小萍 ^2, , 李晓静 ^3, , 钟强 ^4, , 申艳艳 ^5, , 贺志勇 ^6, , 于盛旺 ^7,

1.太原理工大学表面工程研究,太原,030024

2.太原理工大学表面工程研究,太原,030024

3.中国兵器科学研究院宁波分院,宁波,315103

4.太原理工大学表面工程研究,太原,030024

5.太原理工大学表面工程研究,太原,030024

6.太原理工大学表面工程研究,太原,030024

7.太原理工大学表面工程研究,太原,030024

基金项目: 山西省自然科学基金(2013011012-4) 国家自然科学基金(51474154,11405114)

关键词： MPCVD装置 , 金刚石膜 , 高功率 , 数值模拟

Numerical Simulation and Experimental Study of a Novel High-power Microwave Plasma CVD Reactor for Diamond Films Deposition

Keywords： MPCVD device , diamond film , high power , numerical simulation

根据高功率MPCVD装置所需要具备的条件,提出一种新型的高功率MPCVD装置结构.先使用HFSS软件对模型的各部分尺寸进行了初步优化;然后使用COMSOL软件通过对高功率、高气压条件下气体电离形成等离子体时的电场和等离子体分布的模拟,并对气体进出方式进行了验证;最后根据模拟结果建立了新型MPCVD装置,并使用所制造的装置在高功率、高气压条件下进行了大面积金刚石膜的制备.结果表明:所提出的高功率MPCVD装置模型经过结构优化后,在基片上方对电场具有较好的聚焦能力,强度高于同类装置;高功率、高气压条件下所产生的等离子体也仅在基片上方均匀分布,与石英环之间被中间腔体隔离,有效避免其对石英环的刻蚀;所设计的进出气方式能够保证反应气体在基片表面均匀分布;使用所制造的装置能够在高功率、高气压条件下实现大面积高品质金刚石膜的快速沉积.

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