[发明专利]利用热灯丝直流等离子体进行金刚石成核和沉积的设备及方法

摘要

利用热灯丝DC等离子体沉积使金刚石成核和生长的方法和设备。该设备采用电阻式加热的灯丝组离解反应物气体中的氢。对于二面的金刚石生长,使用基底－热灯丝－栅极－热灯丝－基底的结构,或基底－热灯丝－热灯丝－基底的结构。对于后一种结构,用两个独立的灯丝组作为热灯丝和栅极,并保持灯丝组之间的AC或DC等离子体。对于这种和其他电极结构,对栅电极施加相对于热灯丝的正偏压,以保持等离体。等离子体的电位梯度跨越栅极,热灯丝将从等子体中抽取的离子超向灯丝。为进一步提高沉积速度,对灯丝组施加相对于基底夹持器的负偏压,使得在基底和灯丝组之间的DC等离子体也得以保持。在成核期间,对与基底夹持器相邻的灯丝施加相对于基底的正偏压,使得离子被加速朝向基底,接着,又提高了生长前体流向基底,导致在基底上产生高的金刚石成核密度,而不需要涂擦或接种金刚石的预处理。这种成核方法简化了生长过程,并提供了一种在单晶基底,如Si(100)上,既方便又经济地进行金刚石晶核异相外延生长的方法。

主权项

1、一种通过热灯丝放电使金刚石薄膜生长的方法，包括：a)将具有沉积表面的基底设置于在汽相沉积室中的基底夹持器上，与基底的沉积表面相间隔地提供一个栅电极，提供一个插入所述的栅电极和所述的基底沉积表面之间的灯丝组电极；b)将含有氢和含碳气体的气体混合物流入所述的汽相沉积室内，并电阻式加热灯丝组电极到约1800℃至约2600℃的温度范围内，所述的基底被加热到约600℃至约1100℃的温度范围内；c)通过对灯丝组电极施以相对于基底夹持器为正电极的偏压、以及对栅电极施加相对于灯丝组电极的电压为正电压的偏压，使基底成核；随后d)对栅电极施以相对于灯丝组电极的电压为正电压的偏压，使沉积表面上的金刚石薄膜生长。