Herstellung von im Labor gezüchtetem Diamant mit Laser-Plasma-CVD
- DC-Plasmastrahl
- Mikrowellenplasma
- RF-Plasma
A lesser-known subtype of plasma-enhanced CVD existing since the 1990’s which operates at ambient and positive pressures and has higher theoretical diamond growth rates than previous subtypes is laser-plasma CVD. Scaling these systems from their current research settings at universities to the commercial lab-grown diamond market may be highly profitable for CVD system manufacturers and diamond manufacturers alike.
Just as in other diamond CVD systems, Alicat’s mass flow controllers and pressure controllers can provide optimal gas mixing and chamber pressure operating conditions for laser-plasma CVD systems.
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 Druckregulierung 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 Bachmann’s model (predicted up to 103–104 μm/hr). This occurs as the laser power density in laser-plasma CVD is way beyond that of all other plasma-enhanced CVD methods, allowing for much quicker theoretical reactions. Nonetheless, at the current research stage, laser-plasma CVD deposition rates are just 100 μm/hr, still exceeding many other plasma-enhanced CVD growth rates but much lower than predicted. Achieving the theoretical diamond growth rates for laser-plasma CVD is an exciting area of continuing research with highly lucrative potential outcomes.
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 laser mixes with an Ar or Xe gas plasma that interacts with the main feed gases, primarily CH4 und H2 aber manchmal auch alternativ CH4 und CO2. Gas mass flow controllers provide optimal gas mixing while pressure controllers maintain chamber operating pressures. Plasma ignition of the gas mixture is achieved using either a high voltage electrical discharge or a thin tungsten wire. The substrate on which the diamond film grows is cooled by recirculating water and heated by the laser. Liquid mass flow controllers drive the water to cool the substrate at a setpoint temperature via a control loop.
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.
Alicat’s 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
Additionally, Alicat’s 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 Druckkontrolle
Since laser-plasma CVD requires positive pressure regulation, Alicat’s PC-Serie of pressure controllers can moderate downstream chamber pressure regulation in combination with a vacuum pump, quickly allowing exhaust of excessive chamber gases. For this application, Alicat’s PC-Series offers:
- 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 Massedurchfluss- 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.