微波等离子体CVD制备金刚石膜

  微波等离子体CVD制备金刚石膜的设备分为三代。*代为石英管式装置。第二代为石英钟罩式和不锈钢反应室式。这两代装置除用于制备金刚石膜之外，还广泛地用于微波等离子体的其他应用领域的研究和开发，对各种薄膜制备，刻蚀与清洗，表面改性处理等方面有极为广泛的应用。第三代为大功率制备金刚石膜的装置，用于金刚石膜产品的大规模生产。目前在市场上，石英管式装置的价格为每台几万美元，石英钟罩式和不锈钢反应室式为几十万美元，大功率设备为几百万美元。
    由于石英管式设备的反应室（石英管）直径通常不超过Φ40mm，不能制备较大面积的金刚石膜，等离子体分布也限制了沉积薄膜的均匀性，所以只能用作机理研究之用。现在国内一些大学的的研究设备基本上是石英管式的。由于价格较便宜，国外也有很多单位采用石英管式装置开展机理研究工作。由于微波等离子体应用领域的广泛性，国外有很多公司如日本的Toshiba（东芝）公司、美国的ASTeX公司、法国的SAIREM公司和RAYTEK公司等等现在都在生产和销售这种类型的各种型号的石英管式微波等离子体CVD装置商品。国内亦有单位将自行研制并使用的石英管式装置交由专业公司生产销售。作为第二代的石英钟罩式和不锈钢反应室式设备从二十世纪八十年代末期起由美国公司推向市场的。石英钟罩式装置的典型商品是美国密歇根州立大学发明由Wavemat（现归属Lambda Technologies）公司生产的800W、1.5KW、5KW装置；不锈钢反应室式装置的典型商品是美国ASTeX公司的1KW（或1.5KW）、5KW装置。在发达国家的金刚石薄膜制备与应用研究中以及微波等离子体应用研究中，很多大学和研究所与企业部门的研究中心都采用这类设备。国内石英钟罩式设备和不锈钢反应室式设备都是宇正公司技术团队核心成员zui先研制成功并应用于高技术研究与开发工作。
    石英钟罩式设备用钟罩形（或杯形，盘形）石英窗，不锈钢反应室式设备用圆形平板石英窗，是两种能通过微波并隔离大气与真空环境的微波等离子体装置的关键部件。从形成清洁环境（指没有金属腔体的金属对处理试样的污染）和激励等离子体的场强分布等方面来看，钟罩形石英窗优于圆形平板石英窗；从制造成本和石英窗的散热冷却方面来说，圆形平板石英窗优于钟罩形石英窗（钟罩面积大）。两者各有优缺点。制备金刚石膜的基体温度通常为600 ～1200 C°。对于较高功率的装置，不锈钢反应室（用圆形平板石英窗）可加水冷夹套，使得设备制造成本偏高。在1000 C°以下石英制品的长期使用是稳定和安全的，反应室由不锈钢底盘和石英钟罩以及金属圆筒形微波腔构成，制造成本可明显下降。所以石英钟罩式是微波功率在2KW以下的一种很好的装置类型。以前美国Wavemat公司生产和销售的就是这类装置产品。对于更高功率和更大体积的微波等离子体制备金刚石膜设备，因石英钟罩的制造成本和散热冷却要求等不足之处成为主要问题，故通常采用水冷夹套不锈钢反应室式为宜。美国ASTeX公司是世界上的金刚石膜制备装置制造厂商，微波功率从1KW直至75KW，是目前*出售第三代大功率（75KW）微波等离子体制备金刚石膜装置的一家公司。有些的金刚石膜制品生产公司只声称采用微波等离子体CVD技术，作为商业机密，并未向外界公布过所使用的微波等离子体装置的类型。
    由于微波等离子体CVD法是制备金刚石薄膜的主流方法，同时微波等离子体在材料制备和处理，微电子器件制造，纺织品表面改性，机械产品加工等众多领域有极为广泛的应用，国外有许多公司正在研制和生产与销售微波等离子体CVD制备金刚石膜设备，这类设备同样可以应用于微波等离子体的其他应用领域。
    用微波等离子体化学气相渗透（CVI）法可制备高性能的金刚石复合材料。美国Crystallume公司曾研制出一类新的合成金刚石,称为金刚石复合陶瓷,用微波等离子体制备金刚石膜的类似方法将高温高压法生产的金刚石颗粒的聚集体进行固结，能以相当低的费用生产出直径为10cm厚4mm的具有光洁平滑表面的金刚石复合体部件。