Microwave enhanced CVD

Microwave enhanced CVD - AsTex S1500 (customized)

Daniele M. Trucchi -

DiaTHEMA Lab

Sede di Roma - Monterotondo

Personalizzato a partire dal sistema di deposizione Astex S1500, è un setup alla crescita di strati di diamante policristallino e diamondlike-carbon (DLC) tramite tecnica assistita da plasma a microonde CVD (MWCVD). Dotato di un piattello in grafite che permette il riscaldamento dei campioni fino a 950 °C. La tecnica viene viene inoltre impiegata per indurre terminazioni superficiali in idrogeno di semiconduttori.

Il metano (CH₄), che viene spesso utilizzato come precursore per la crescita del diamante nelle tecniche CVD, subisce una dissociazione mentre è esposto a un plasma ad alta energia a microonde. Nel processo di deposizione del diamante, inoltre, la presenza di idrogeno è fondamentale in quanto impedisce la formazione di fasi di carbonio non diamante, fornendo una condizione di super-equilibrio termodinamico. Il sistema consente anche la crescita del diamante di tipo n drogato con azotoutilizzando un plasma di CH₄/N₂/H₂.

La tecnica MW-CVD è comunemente usato quando il film in crescita richiede la massima purezza e la più bassa concentrazione di difetti. L'uniformità dello spessore del film è limitata rispetto alla tecnica HF-CVD.

SPECIFICHE TECNICHE

Pressione in alto vuoto < 10-⁸mbar;
Generatore di microonde (2.45 GHz) fino a 2 kW (MKS Instruments TM025 51);
3 linee di gas (H, CH₄, N₂);
Temperatura massima 950 °C;
Pressioni parziali fino a 100 mbar;
- Cambiando la pressione parziale e il rapporto precursori/idrogeno è possibile ottenere growth rate fino a 1.5 um/hr;
3 flussimetri per H₂ (300 sccm), Ar (50 sccm) e CH₄ (10 sccm).

TECNICHE DISPONIBILI

Misura della temperatura del substrato mediante pirometro a doppio colore IR.

CAMPIONI

Area massima di deposizione attiva: diametro di 4 pollici con uniformità fino a 2 pollici di diametro;
Possibilità di inserire più campioni monocristallini e policristallini.

UTILIZZATO PER

Deposizione di diamante poli- e nano-cristallino;
Deposizione per crescita omo-epitassiale su diamante mono-cristallino;
Deposizione di DLC;
Terminazione superficiale in idrogeno di semiconduttori.

ESEMPI APPLICATIVI

Solar Thermionic-Thermoelectric Generator (ST2G): concept, material and prototype demonstration

I film di nanodiamante drogati con azoto sono stati depositati su HfC per operare come efficienti emettitori termoionici nel prototipo del generatore termoelettrico-termoelettrico solare ST2G.

Si veda: D. M. Trucchi, A. Bellucci, M. Girolami, P. Calvani, E. Cappelli, S. Orlando, R. Polini, L. Silvestroni, D. Sciti, A. Kribus, Advanced Energy Materials 8, 32 (2018) 1802310
doi: 10.1002/aenm.201802310

Microwave enhanced CVD