Mikrowellenplasma funktioniert durch die Nutzung von Mikrowellenenergie zur Ionisierung von Gasen, wodurch ein Plasmazustand entsteht, der chemische Reaktionen und die Ablagerung von Materialien erleichtert.
Wie funktioniert Mikrowellenplasma? Erklärt in 6 einfachen Schritten
1. Gaseinleitung und Druckkontrolle
Der Prozess beginnt mit der Einführung von Reaktionsgasen wie CH4, H2, Ar, O2, N2 usw. in einen Hohlraum unter kontrolliertem Druck.
Die MPCVD-Maschine (Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition) steuert präzise den Fluss dieser Gase und den Druck im Hohlraum.
2. Erzeugung und Einführung von Mikrowellen
Ein 6KW-Festkörper-Mikrowellengenerator erzeugt Mikrowellen, die über einen Wellenleiter in den Hohlraum geleitet werden.
Diese Mikrowellen erzeugen ein intensives elektromagnetisches Feld in der Kavität.
3. Bildung eines Plasmas
Unter dem Einfluss des Mikrowellenfeldes werden die Reaktionsgase in einen Plasmazustand umgewandelt.
Dieses Plasma bildet eine Kugel über dem Diamantsubstrat.
Die hohe Energie des Mikrowellenfeldes versetzt die Elektronen in den Gasmolekülen in heftige Schwingungen, was zur Ionisierung und zur Bildung eines Plasmas führt.
4. Temperatur- und Energiemanagement
Die hohe Temperatur des Plasmas heizt das Substrat auf und erleichtert so den Abscheidungsprozess.
Überschüssige Wärme wird von einer Wasserkühleinheit abgeführt, die für optimale Bedingungen im Hohlraum sorgt.
5. Chemische Reaktionen und Abscheidung
Die hochenergetischen Elektronen des Plasmas fördern chemische Reaktionen, die für die Abscheidung von Materialien wie Diamant entscheidend sind.
Das Plasma steigert die Effizienz der Abscheidung, indem es bei relativ niedrigen Temperaturen eine chemisch reaktive Umgebung schafft.
Dies ist auf die Fähigkeit der hochenergetischen Elektronen zurückzuführen, Gasmoleküle zu ionisieren und zu dissoziieren, was zur Bildung von freien Radikalen und aktiven Stellen auf dem Substrat führt.
6. Selektives Wachstum und Effizienz
Das Mikrowellenplasma verbessert das selektive Wachstum von Materialien durch einen hohen Ionisierungsgrad und eine gute Substratspezifität.
Besonders deutlich wird dies beim Wachstum von vertikal ausgerichteten Kohlenstoff-Nanoröhren mittels MW-CVD (Microwave Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition).
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