編號(hào)：NMJS08713
篇名：等離子體聚集裝置下的高能量密度單晶金剛石快速生長研究
作者：李一村 劉雪冬 郝曉斌 代兵 呂繼磊 朱嘉琦
關(guān)鍵詞： MPCVD單晶金剛石生長 高能量密度 高生長速率 等離子體仿真
機(jī)構(gòu)： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院 湖北碳六科技有限公司
摘要： 單晶金剛石是一種性能優(yōu)異的晶體材料,在先進(jìn)科學(xué)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。在微波等離子體化學(xué)氣相沉積(Microwave plasma chemical vapor deposition,MPCVD)單晶金剛石生長中,如何提高晶體的生長速率一直是研究者們關(guān)注的重點(diǎn)問題之一,而采用高能量密度的等離子體是提高單晶金剛石生長速率的有效手段。在本研究中,首先通過磁流體動(dòng)力學(xué)(Magnetohydrodynamic,MHD)模型仿真計(jì)算,優(yōu)化設(shè)計(jì)了特殊的等離子體聚集裝置;隨后基于模擬結(jié)果進(jìn)行生長實(shí)驗(yàn),采用光譜分析和等離子體成像對(duì)等離子體性狀進(jìn)行了研究,制備了單晶金剛石生長樣品;并通過光學(xué)顯微鏡、拉曼光譜對(duì)生長樣品進(jìn)行測(cè)試。模擬結(jié)果顯示,聚集條件下的核心電場(chǎng)和電子密度是普通條件下的3倍;生長實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,在常規(guī)的微波功率(3500 W)、生長氣壓(18 kPa)下得到的高能量密度(793.7 W/cm3)的等離子體與模型計(jì)算結(jié)果吻合。高能量密度生長條件并不會(huì)對(duì)生長形貌產(chǎn)生較大影響,但加入一定量氮?dú)饽軌蝻@著改變生長形貌,并對(duì)晶體質(zhì)量產(chǎn)生影響。采用這種方法,成功制備了高速率(97.5μm/h)單晶金剛石。不同于通過增大生長氣壓來獲得高能量密度的途徑,本研究在常規(guī)的生長氣壓和微波功率下也可以生長高能量密度單晶金剛石。
