高稳定性圆柱形MPCVD设备的设计与金刚石单晶生长的研究

摘要

圆柱腔MPCVD设备结构简单，具有等离子体能量密度高、无电极污染等优点，但是使用过程中稳定性较差，火球容易变换位置。文章使用有限元仿真方法分析了传统圆柱形谐振腔的微波电场分布，通过改变谐振腔形状和尺寸，优化传统圆柱形谐振腔的微波电场分布，减弱了谐振腔石英下方次强场的电场强度，且沉积台上方的电场形状呈现椭球形状，有效地增加了沉积区域，改善电场强度的均匀性。文章中设计的高稳定性圆柱腔MPCVD，无色金刚石单晶沉积实验获得了11μm/h的高品质单晶金刚石生长，Raman散射光谱显示沉积的金刚石1332cm~(-1)附近本征峰半峰宽度为4.2cm~(-1)，金刚石的晶体质量良好，表明优化后的MPCVD设备有效地提升了传统圆柱形谐振腔的稳定性和等离子体的能量密度。