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Application note A010-ST03

钻石沉积 HFCVD技术

金刚石具有独特的耐磨性,因此金刚石涂层通常用于改善切割工具和耐磨损部件的性能。为了获得合适基材上的金刚石涂层,必须将适量对的气体涂层混合并加热使其发生反应。

激发气相的方法有微波等离子体、火焰喷射或激光。本样册说明将涉及热丝气相沉积技术(HFCVD)。通常在该方法中,含碳气体如甲烷在氢气中的稀释混合物在亚大气压下通过热丝热活化。气体混合物和流量必须谨慎控制;因此,使用高性能热式质量流量控制器势在必行。


应用要求

最重要的是所用的质量流量控制器可以确保合适的气体总量和工艺的重复性;否则,所获薄膜的均匀性和整体质量将大打折扣。仪表必须非常可靠并具有模拟或数字通信,因为流程中气体的可燃性和爆炸性涉及到安全问题,必须进行严密的控制和监测。

重要议题

  • 卓越的重复性
  • 高精度
  • 快速响应
  • 高稳定性

工艺方案

用于金刚石薄膜生产的最通用的方法之一是热丝气相沉积技术(HFCVD) ,其中气体混合物沿着加热到2400ºC的长长细细的W或Ta线(∅100 到 300 μm) 通过而被加热。

(HFCVD) 通常仅需两种气体:H2和CH4,甲烷在氢气中以1 vol% 至 2 vol%稀释。HFCVD反应器内的总压力通常在20 mbar 至 200 mbar之间变化,总流量取决于反应器的尺寸和几何形状。

(HFCVD) 与微晶金刚石薄膜(MCD)相反,最新的金刚石涂层类型被称为纳米晶金刚石(NCD)。NCD的特征在于纳米微晶尺寸(1 nm 到 50 nm)和极其光滑的表面,其保留了MCD的硬度并相对于MCD具有改善的耐磨损和耐摩擦性能。这些涂层通常需要添加第三惰性气体,通过在生产期间改变腔室内气体的热负荷来增强再成核过程而有助于NCD的形成,也影响基板加热。该系统比MCD系统更加复杂,在进料气体的控制和监测中需要倍加注意。

(HFCVD) 这类反应器的进一步修改包括在形成期间用硼(MCD和NCD)掺杂金刚石涂层以使其导电。通常用到含硼(B)物质的液体并且通过载气鼓泡将硼蒸汽带到热丝和金刚石涂层中。通过选择合适的硼浓度并调节通过的气体来调节掺杂水平。在进行NCD时,因为涉及三种气体,任务变得越发困难。热式质量流量控制器(例如EL-FLOW Select, LOW-dP-FLOW 或 INFLOW系列)在此类应用或任何其它涉及气相生成金刚石的CVD工艺中扮演着不可或缺的角色。

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