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

• DC-Plasmastrahl 
• Mikrowellenplasma 
• RF-Plasma  

Eine weniger bekannte Unterart der plasmagestützten CVD, die es seit den 1990er Jahren gibt und die bei Umgebungs- und Überdruck arbeitet und höhere theoretische Diamantenwachstumsraten als frühere Unterarten aufweist, ist die Laser-Plasma-CVD. Die Skalierung dieser Systeme von ihren derzeitigen Forschungsumgebungen an Universitäten auf den kommerziellen Markt für im Labor gezüchtete Diamanten kann sowohl für die Hersteller von CVD-Systemen als auch für die Diamantenhersteller sehr profitabel sein. 

Wie bei anderen Diamant-CVD-Anlagen können die Massenfluss- und Druckregler von Alicat auch bei Laser-Plasma-CVD-Anlagen für optimale Gasmischungs- und Kammerdruckbedingungen sorgen.  

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 Modell von Bachmann (vorhergesagt bis zu 10³ 10⁴ μm/h). Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Leistungsdichte des Lasers bei der Laser-Plasma-CVD weit über der aller anderen plasmagestützten CVD-Verfahren liegt, so dass theoretisch viel schnellere Reaktionen möglich sind. Dennoch liegen die Abscheideraten bei der Laser-Plasma-CVD im derzeitigen Forschungsstadium bei nur 100 μm/Std, übersteigt immer noch viele andere plasmagestützte CVD-Wachstumsraten, ist aber viel niedriger als vorhergesagt. Das Erreichen der theoretischen Diamant-Wachstumsraten für Laser-Plasma-CVD ist ein spannendes Forschungsgebiet mit sehr lukrativen potenziellen Resultaten.   

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 mischt sich mit einem Ar- oder Xe-Gasplasma, das mit den wichtigsten Zufuhrgasen wechselwirkt, hauptsächlich CH₄ und H₂ aber manchmal auch alternativ CH₄ und CO₂. Gas mass Durchflussregler für eine optimale Gasmischung sorgen, während Druckregler den Betriebsdruck in der Kammer aufrechterhalten. Die Plasmazündung des Gasgemischs erfolgt entweder durch eine elektrische Hochspannungsentladung oder durch einen dünnen Wolframdraht. Das Substrat, auf dem die Diamantschicht wächst, wird durch Wasserumlauf gekühlt und durch den Laser erhitzt. Flüssigkeitsmassenstromregler treiben das Wasser an, um das Substrat über einen Regelkreis auf eine bestimmte 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.  

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 

Darüber hinaus ist 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  

Da die Laser-Plasma-CVD eine Überdruckregelung erfordert, ist das Alicat PC-Serie von Druckreglern kann in Kombination mit einer Vakuumpumpe den Druck in der Kammer moderat regeln, so dass überschüssige Kammergase schnell abgesaugt werden können. Für diese Anwendung bietet die PC-Serie von Alicat: 

• 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.