MPCVD设备生长金刚石工作原理

MPCVD设备生长金刚石概括的来讲，其过程是一个典型的准平衡过程。等离子体的能量是由微波维持的。微波源发出的的微波在矩形波导内以横电波（TE）模式传播，通过模式转化天线把TE模式转化为横磁波（TM）模式，然后耦合进入反应腔。当频率和模式合适的时候就会在反应腔内部形成驻波，也就是在反应腔内部形成一个强电场区域（基片台表面上方），这个强电场区域非常集中，不仅能产生高密度的等离子体，而且其放电过程非常稳定非常有助于金刚石长时间稳定的生长。

在接近真空的情况下，通入反应气体（通常为碳源气体和氢气，碳源气体通常为甲烷）。在由微波产生的电磁场的作用下，腔体内的电子相互碰撞并产生剧烈的振荡，促进了谐振腔内其它的原子、基团及分子之间的相互碰撞，从而有效地提高反应气体的离化程度，产生更高密度的等离子体的产生。在反应过程中原料气体电离化达到一定程度时，在预定的温度和压力条件下，碳源气体在钻石热力学亚稳区域，被离解成自由基（碳原子和氢原子或者甲基CH3和H原子），并在一定的温度压力条件下在籽晶表面之上就会沉积出金刚石膜。

需要特别指出的是，在MPCVD设备生长金刚石的过程中，稳定的控制至关重要，如果温度过高或者过低，在籽晶上就会伴生出石墨及多晶等杂质，从而影响单晶金刚石的质量。