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Hot-filament CVD

Hot-filament CVD - IONVAC HFCVD-01

Daniele M. Trucchi  -

DiaTHEMA Lab

Sede di Roma - Monterotondo
 
Setup dedicato alla sintesi di diamante policristallino mediante l'uso di filamenti caldi (Hot-Filament CVD - HFCVD). In questa metodologia di deposizione, gas precursori come il metano e idrogeno vengono flussati in prossimità di un filamento di tungsteno o di tantalio, il quale viene scaldato per effetto Joule fino a raggiungere la temperatura di circa 2200 - 2400°C.
Il filamento caldo, posizionato a una distanza variabile tra 5 e 15 mm dal substrato, dissocia le molecole del gas in specie atomiche (idrocarburi frammentati e idrogeno monoatomico) aumentandone la reattività. La presenza di idrogeno, in particolare, è fondamentale per prevenire la formazione di fasi di carbonio che non siano diamante mediante un processo detto di super-equilibrio.
Le molecole, così dissociate, si diffondono sopra il substrato, mantenuto a temperature fino a 800 °C, e si depositano su di esso, andando formare legami chimici e, di conseguenza, un film solido. Un vantaggio di questa tecnica rispetto alla crescita in sistemi MWCVD (Micro Wave Chemical Vapour Deposition) è la maggiore semplicità del sistema, oltre alla possibilità di ottenere deposizioni di diamante dallo spessore uniforme su aree molto grandi, poiché l'uniformità dipende quasi esclusivamente dalla geometria dei filamenti caldi).
 

SPECIFICHE TECNICHE

Home-made IONVAC HFCVD-01

  • Possibilità di alimentare filamenti singoli o multipli (>10) con potenze elettriche fino a 7 kW per permettergli di raggiungere temperature di circa 2200-2400 °C;

  • Il posizionamento dei filamenti permette la deposizione omogenea di strati di diamante su wafer circolari fino a 4" di diametro;

  • Pressioni operative fino a 100 mbar;

  • Variando la pressione parziale ed il rapporto precursori/idrogeno è possibile ottenere growth rate tra 0.5e 5 μm/hr;

  • Possibilità di riscaldare indipendentemente il substrato fino a 800°C;

  • Possibilità di trattamenti termici in alto vuoto (P < 10-7 mbar);

  • 3 flussimetri per H2 (300 sccm), Ar (50 sccm) e CH4 (10 sccm).

TECNICHE DISPONIBILI

  • Deposizione di diamante poli- e nano-cristallino;
  • Trattamenti termici su campioni di grande area, con temperature fino a 800 °C.
 

CAMPIONI

  • Dimensione dei substrati fino a 4 pollici di diametro;

  • Crescita del diamante policristallino possibile sui seguenti substrati: silicio, metalli refrattari (molibdeno, tungsteno, tantalio), carburi e nitruri;

  • Crescita di coatings in nanodiamante su una vasta gamma di metalli e semiconduttori.

 

UTILIZZATO PER

L'utilizzo di diamante prodotto con HFCVD è consigliato per:

  • Dissipazione termica;
  • Rivestimenti protettivi di utensili;
  • Applicazioni in emissione elettronica.
 
 

ESEMPI APPLICATIVI

The influence of grain-boundaries on the electronic performance of CVD diamond films

Questo articolo scientifico chiarisce l'influenza dei confini del grano sulle proprietà elettroniche del diamante CVD utilizzato come rivelatore di radiazione X. Diverse prove sperimentali dimostrano che la microstruttura del film di diamante è composta da grani cristallini quasi perfetti, contenenti una bassissima densità di difetti, e bordi di grano. Tali interfacce includono difetti e domini non diamante. I risultati dimostrano che il pretrattamento del substrato è fondamentale per controllare la densità iniziale di nucleazione del grano e quindi le prestazioni elettroniche dei film di diamante CVD.
 
Si veda: Trucchi et al., Dia. Relat. Mater. 14 (2005) 575-57

 
 
 
 

Optimization of the performance of CVD diamond electron multipliers.

In questo articolo scientifico l'attenzione è focalizzata sull'ottimizzazione delle proprietà di un convertitore in diamante CVD da utilizzare come un efficiente amplificatore di segnale per elettroni retrodiffusi (BSE). L'ambito applicativo è in microscopia elettronica a scansione (SEM) al fine di consentire un miglioramento del contrasto dell'immagine BSE. Una serie di campioni di diamante policristallino è stata depositata con la tecnica HFCVD su substrati di silicio precedentemente trattati, mantenuti a una temperatura di 770°C. Il materiale è stato prodotto con un rapporto di concentrazione [CH4] / [H2] dello 0,5% e con una pressione totale di 12 Torr.

Si veda: D. M. Trucchi et al., Dia. Relat. Mater. 15(2006)827-832

 
 
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