Herstellung von im Labor gezüchtetem Diamant mit Laser-Plasma-CVD

• DC-Plasmastrahl
• Mikrowellenplasma
• RF-Plasma

Ein weniger bekannter Subtyp des plasmaunterstützten CVD-Verfahrens, der seit den 1990er Jahren existiert, bei Umgebungsdruck und Überdruck arbeitet und höhere theoretische Diamantwachstumsraten aufweist als frühere Subtypen, ist das Laser-Plasma-CVD-Verfahren. Die Skalierung dieser Systeme von ihren derzeitigen Forschungsumgebungen an Universitäten hin zum kommerziellen Markt für laborgezüchtete Diamanten könnte sowohl für Hersteller von CVD-Systemen als auch für Diamantenhersteller äußerst profitabel sein.

Genau wie bei anderen Diamant-CVD-Anlagen sorgen die Massendurchflussregler und Druckregler von Alicat auch bei Laser-Plasma-CVD-Anlagen für optimale Gasmischungsverhältnisse und Betriebsbedingungen hinsichtlich des Kammerdrucks.

Die wichtigsten Vorteile von Laser-Plasma-CVD-Anlagen

Weniger eingeschränkte Betriebsdruckbedingungen

Einer der Hauptvorteile der Laser-Plasma-CVD im Vergleich zu allen anderen plasmaunterstützten CVD-Verfahren besteht darin, dass die Herstellung von Diamanten durch Laser-Plasma-CVD bei Umgebungs- und Überdruck (1-4,5 atm) möglich ist, während andere plasmaunterstützte CVD-Diamantenherstellungsverfahren auf Unterdruck angewiesen sind. Daher ist die Druckregelung bei Laser-Plasma-CVD-Systemen kostengünstiger als bei herkömmlichen plasmagestützten CVD-Verfahren, bei denen die Vakuumbedingungen in der Kammer unter 100 Torr gehalten werden müssen.

Höhere theoretische Wachstumsraten bei Diamanten

Ein weiterer großer Vorteil der Laser-Plasma-CVD besteht darin, dass die theoretischen Diamantabscheidungsraten um 2-3 Größenordnungen höher sind als bei früheren Verfahren pro Bachmanns Modell (Prognose bis zu 10³–10⁴ μm/h). Dies liegt daran, dass die Laserdichtedichte beim Laser-Plasma-CVD weit über der aller anderen plasmaunterstützten CVD-Verfahren liegt, was theoretisch wesentlich schnellere Reaktionen ermöglicht. Dennoch liegen die Abscheidungsraten beim Laser-Plasma-CVD im aktuellen Forschungsstadium bei lediglich 100 μm/h – zwar immer noch höher als bei vielen anderen plasmaunterstützten CVD-Verfahren, aber deutlich niedriger als vorhergesagt. Das Erreichen der theoretischen Diamantwachstumsraten für das Laser-Plasma-CVD ist ein spannendes Forschungsgebiet mit vielversprechenden potenziellen Ergebnissen.

Bessere Laser-Plasma-CVD-Systeme entwerfen

Laser-Plasma-CVD-Diamantherstellung - Anwendungen Laser-Plasmatrons zur Abscheidung von Diamantschichten. In diesem System wird eine kontinuierliche CO₂ Laser durch ein versiegeltes Fenster und wird mit Hilfe von Spiegeln durch eine speziell konstruierte Düse in eine Reaktionskammer konzentriert. Nach dem Eintritt in die Kammer wird das CO₂ Der Laser vermischt sich mit einem Ar- oder Xe-Gasplasma, das mit den Hauptspeisegasen, vor allem CH, in Wechselwirkung tritt₄ und H₂ aber manchmal auch alternativ CH₄ und CO₂. Gasmassendurchflussregler sorgen für eine optimale Gasmischung, während Druckregler den Betriebsdruck in der Kammer aufrechterhalten. Die Plasmaentzündung des Gasgemischs erfolgt entweder durch eine elektrische Hochspannungsentladung oder durch einen dünnen Wolframdraht. Das Substrat, auf dem der Diamantfilm wächst, wird durch zirkulierendes Wasser gekühlt und durch den Laser erwärmt. Flüssigkeits-Massendurchflussregler fördern das Wasser, um das Substrat über einen Regelkreis auf eine Solltemperatur zu kühlen.

Bessere Kontrolle der Gasmischung

Laut einer Forschungsarbeit Bei der Erprobung von Laser-Plasma-CVD ist das ideale Gasgemisch für diese Systeme 0,05% CO₂ + 0,2% CH₄ + 4,75% H₂ + 95,25% Ar, was sich deutlich von den bei anderen plasmaunterstützten CVD-Verfahren verwendeten Mischungen unterscheidet. Weitere Untersuchungen der Laser-Plasma-CVD sind erforderlich, um noch bessere Gasmischungen für diese Systeme zu entwickeln.

Alicats MC-Serie von Massendurchflussreglern steuern präzise den Gasfluss des Plasmas und der Speisegase in die Reaktionskammer und bieten folgende Vorteile:

• Individuelle Anpassung von Gasgemischen in Teilen pro Million (ppm)
• Kein Aufwärmen erforderlich
• Reaktionszeiten von 30 ms
• Standard-NIST-rückführbare Genauigkeit bis zu ±0,6% des Messwerts oder ±0,1% des Skalenendwerts, je nachdem, welcher Wert größer ist
• 0,01% - 100% des vollen Regelbereichs
• Wiederholbarkeit bis zu ±(0,1% vom Messwert + 0,02% vom Skalenendwert)

Bessere Kontrolle der Substrattemperatur

Darüber hinaus bietet Alicat LC-Serie und CODA KC-Serie von Flüssigkeitsdurchflussreglern steuern den Wasserfluss, der das Substrat für die Diamantenzucht kühlt, und bieten:

• NIST-rückführbare Genauigkeit der LC-Serie bis zu ±2% vom Skalenendwert
• Coriolis-Regler der CODA KC-Serie NIST-rückführbare Genauigkeit bis zu ±0,2% vom Messwert oder ±0,05% vom Endwert
• Unempfindlichkeit gegenüber externen Vibrationen bei der CODA KC-Serie
• Multivariate Durchflussregelung, die entweder den Flüssigkeitsvolumenstrom oder den Druck bei gleichzeitiger Messung der Temperatur für Regelkreisbefehle verwendet

Verbesserung der Druckregelung

Da das Laser-Plasma-CVD eine Überdruckregelung erfordert, bietet Alicat PC-Serie Druckregler können in Kombination mit einer Vakuumpumpe die Druckregelung in der nachgeschalteten Kammer steuern und so ein schnelles Abführen überschüssiger Kammergase ermöglichen. Für diese Anwendung bietet die PC-Serie von Alicat Folgendes:

• NIST-rückführbare Genauigkeit bis ±0,125% vom Skalenendwert
• Regelbereich bis 0,01% - 100% vom Skalenendwert
• Reproduzierbarkeit bis zu 0,08% vom Skalenendwert

Zusätzliche Unterstützung

Alicat entwickelt und fertigt eine Vielzahl von Massendurchfluss- und Druckreglern, die speziell auf die Bedürfnisse von Diamant-CVD Anwendungen.

Um die Diamantenkunden besser zu unterstützen, hat Alicat Vertriebs- und Servicezentren in Surat und Thane in der Nähe der großen Diamantenhersteller.