Плазменный реактор для высокоскоростного осаждения алмазных пленок из газовой фазы



Плазменный реактор для высокоскоростного осаждения алмазных пленок из газовой фазы
Плазменный реактор для высокоскоростного осаждения алмазных пленок из газовой фазы

 


Владельцы патента RU 2416677:

Учреждение Российской академии наук Институт прикладной физики РАН (RU)

Изобретение относится к плазменному реактору и может найти применение для высокоскоростного осаждения алмазных пленок из газовой фазы в плазме СВЧ разряда. Плазменный реактор содержит СВЧ генератор, передающую линию, оканчивающуюся квазиоптической электродинамической системой, и реакционную камеру с установленной в ней подложкой для осаждения алмазной пленки. Передающая линия выполнена в виде единой волноводной системы, объединяющей выходной волновод СВЧ генератора с излучением на рабочей моде и делитель одного пучка на два одинаковых волновых пучка. Реакционная камера выполнена в виде сплошного замкнутого металлического экрана выпуклой формы с возможностью отражения к подложке рассеянного плазмой СВЧ излучения. Зеркала квазиоптической электродинамической системы крепятся внутри реакционной камеры к ее боковой стенке. В результате достигается существенное уменьшение потерь СВЧ энергии как при передаче ее от СВЧ генератора до реакционной камеры, так и в самой реакционной камере. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области плазменных СВЧ реакторов химического осаждения из газовой фазы углеродных пленок на подложках из различных материалов, в частности, для получения алмазных пленок и пластин.

Осаждение алмазных пленок из газовой фазы осуществляется так называемым CVD (chemical vapor deposition) методом. Этот метод основывается на активации тем или иным способом, чаще всего плазмой, газовой смеси, содержащей водород и углеводород, для создания необходимых химически активных частиц - атомов водорода и углеродсодержащих радикалов. Осаждение этих радикалов на подложку обеспечивает формирование алмазной пленки в результате целого комплекса поверхностных реакций. Для реализации этого метода широкое применение нашли CVD реакторы, использующие плазму, создаваемую с помощью СВЧ разряда, так называемые MPACVD (microwave plasma-assisted chemical vapor deposition) реакторы. Это связано с тем, что СВЧ разряды, создавая высокую плотность возбужденных и заряженных частиц и обладая безэлектродной природой, позволяют выращивать алмазные пленки высокого качества (white diamond) со скоростью выше чем 1 мкм/час (Т.А.Grotjohn, J.Asmussen Microwave plasma-assisted diamond film deposition, in Diamond film handbook, J.Asmussen, D.K.Reinhard (Eds), New York-Basel: Marsel Dekker, Inc., 2002, p.211-302).

Известен плазменный реактор для высокоскоростного осаждения алмазных пленок из газовой фазы в плазме СВЧ разряда (патент РФ №2215061, МПК7 С23С 16/27, 16/511, опубл. 27.10.2003 г.), в котором активацию газовой смеси осуществляют за счет создания в реакционной камере плазмы с помощью СВЧ излучения с частотой, много большей обычно используемой частоты 2,45 ГГц, в частности с частотой 30 ГГц. Указанный плазменный реактор прототип содержит СВЧ генератор, передающую линию, оканчивающуюся квазиоптической электродинамической системой, реакционную камеру с установленной в ней подложкой, расположенной на держателе подложки, и системы напуска и откачки выбранной газовой смеси. Квазиоптическая электродинамическая система выполнена и установлена с возможностью формирования в выбранной области вблизи подложки стоячей СВЧ волны, а передающая линия выполнена в виде сверхразмерного волновода круглого сечения с гофрированной внутренней поверхностью, дополненного системой зеркал для передачи, по крайней мере, одного гауссова пучка на упомянутую квазиоптическую электродинамическую систему.

В одном частном случае изготовления плазменного реактора прототипа квазиоптическая электродинамическая система выполнена в виде двух зеркал, расположенных по разные стороны относительно области формирования плазмы и установленных с возможностью направления двух пучков СВЧ излучения под небольшими углами к поверхности подложки, при этом передающая линия дополнена делителем одного волнового пучка на два пучка, который установлен на выходе упомянутого сверхразмерного волновода круглого сечения. В этом случае изготовления плазменного реактора делитель волнового пучка на два пучка выполнен в виде сверхразмерного прямоугольного волновода, работа которого основана на эффекте мультипликации изображений при распространении электромагнитной волны. Зеркала квазиоптической электродинамической системы могут быть расположены как внутри реакционной камеры, так и снаружи реакционной камеры. Система напуска в реакционную камеру газовой смеси, содержащей, по крайней мере, водород и углеводород, выполнена в виде металлического вогнутого экрана с подводящей трубкой в центральной его части.

Недостатком устройства-прототипа является то, что в нем имеются не только омические потери СВЧ энергии при передаче СВЧ излучения от генератора к квазиоптической электродинамической системе и не вся СВЧ энергия, введенная в реакционную камеру, поглощается в плазме. Дело в том, что в устройстве-прототипе зеркала квазиоптической электродинамической системы могут быть расположены как внутри реакционной камеры, так и снаружи реакционной камеры. Эта реакционная камера выполняет функцию только вакуумной камеры, в которую подается газовая смесь. Известно, что при создании плазмы над подложкой с помощью волновых пучков в зависимости от давления газовой смеси и размеров плазменного слоя возможно не полное поглощение СВЧ энергии в плазме, возникает частичное рассеяние СВЧ излучения плазмой за счет отражения и рефракции.

Кроме того, в устройстве-прототипе СВЧ излучение от генератора поступает в передающую линию через свободное пространство с помощью гауссова волнового пучка. При таком способе возбуждения передающей линии до 15% СВЧ энергии не поступает в линию и рассеивается в свободном пространстве.

В результате невозможно получение полной передачи и поглощения СВЧ мощности в плазме и, как следствие, достигаются меньшие скорости роста алмазных пленок при заданной мощности СВЧ генератора.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка плазменного реактора, в котором передача в реакционную камеру СВЧ энергии осуществляется с минимальными потерями, определяемыми только омическими потерями в стенках волновода, и достигается полное поглощение СВЧ энергии в плазме, создаваемой двумя волновыми пучками.

Технический результат в разработанном устройстве достигается тем, что разработанный плазменный реактор для высокоскоростного осаждения алмазной пленки из газовой фазы, как и плазменный реактор-прототип, содержит СВЧ генератор, передающую линию и реакционную камеру с установленной в ней подложкой для осаждения алмазной пленки, при этом передающая линия оканчивается квазиоптической электродинамической системой из двух вогнутых зеркал, установленных с возможностью формирования в выбранной области вблизи подложки стоячей СВЧ волны для генерирования плазменного слоя.

Новым в разработанном устройстве является то, что реакционная камера выполнена в виде замкнутого сплошного металлического экрана выпуклой формы с возможностью отражения к подложке рассеянного плазмой СВЧ излучения, при этом оба упомянутых зеркала квазиоптической электродинамической системы крепятся внутри реакционной камеры к ее боковой стенке, а передающая линия выполнена в виде единой волноводной системы, соединяющей выходной волновод СВЧ генератора с делителем одного волнового пучка на два одинаковых гауссовых пучка и дополненной системой зеркал для передачи двух упомянутых гауссовых пучков через окна реакционной камеры на упомянутую квазиоптическую электродинамическую систему.

В одном частном случае изготовления плазменного реактора целесообразно в качестве СВЧ генератора использовать гиротрон, а передающую линию целесообразно выполнить в виде единого круглого изогнутого сверхразмерного волновода, состоящего из двух участков, первый из которых трансформирует рабочую моду Н02 гиротрона в моду H01, а второй трансформирует моду H01 в моду НЕ11. При этом упомянутый изогнутый сверхразмерный волновод следует дополнить последовательно соединенными отрезком сверхразмерного волновода с поперечной гофрировкой внутренней поверхности и делителем одного волнового пучка на два одинаковых гауссовых пучка.

В другом частном случае целесообразно реакционную камеру выполнить в виде сплошного замкнутого металлического экрана конусообразной формы с углом между основанием конуса и боковой наклонной стенкой, выбранным для обеспечения отражения к подложке рассеянного плазмой СВЧ излучения, при этом оба вогнутых зеркала квазиоптической электродинамической системы следует прикрепить к боковой наклонной стенке реакционной камеры.

Таким образом, технический результат в разработанном плазменном реакторе, заключающийся в существенном уменьшении потерь СВЧ энергии как при передаче ее от СВЧ генератора до реакционной камеры, так и в самой реакционной камере, обеспечивается за счет того, что передающая линия выполнена в виде единой волноводной системы, объединяющей выходной волновод СВЧ генератора (гиротрона) с излучением на рабочей моде и делитель одного пучка на два одинаковых волновых пучка, а также за счет того, что стенки реакционной камеры указанной формы направляют рассеянное плазмой СВЧ излучение обратно к держателю с подложкой, над которой поддерживается плазменный слой, и, тем самым, достигается повторное прохождение рассеянного излучения через плазму и полное поглощение СВЧ излучения плазмой.

Описание основных чертежей

На фиг.1 схематично в разрезе представлена блок-схема разработанного плазменного реактора с квазиоптической электродинамической системой, обеспечивающей формирование плазменного слоя вблизи подложки в двух пересекающихся волновых пучках, и с передающей линией в виде единого круглого изогнутого сверхразмерного волновода.

На фиг.2 представлено распределение модуля электрического поля Е в поперечном сечении единого круглого изогнутого сверхразмерного волновода на трех различных его участках.

Конструкция плазменного реактора, представленная на фиг.1, содержит металлическую реакционную камеру 1 для газовой смеси с установленной в ней подложкой 2 для осаждения алмазной пленки 3. Подложка 2 расположена на держателе 4 подложки. Держатель 4 подложки установлен в центре круглой платформы 5, которая служит основанием реакционной камеры 1 и на которую опирается выпуклая часть 6 реакционной камеры 1. Реакционная камера 1 выполнена в виде замкнутого сплошного металлического экрана выпуклой (в частности, конусообразной) формы, ограниченной с одной стороны платформой 5 с держателем 4 подложки, а с другой стороны - металлическим выпуклым экраном 6. Внутри реакционной камеры 1 к боковой наклонной ее стенке крепятся два вогнутых зеркала 7 квазиоптической электродинамической системы 8. Для ввода СВЧ излучения в реакционную камеру 1 платформа 5 имеет два окна 9, оптически связанных с вогнутыми зеркалами 7 квазиоптической электродинамической системы 8. Источником СВЧ излучения служит СВЧ генератор 10, соединенный с передающей линией 11, оканчивающейся квазиоптической электродинамической системой 8. Передающая линия 11 выполнена в виде единой волноводной системы, соединяющей выходной волновод 15 СВЧ генератора 10 с делителем 19 одного волнового пучка на два одинаковых гауссовых пучка и дополненной системой зеркал 20, 21 для передачи двух упомянутых гауссовых пучков через окна 9 реакционной камеры 1 на упомянутую квазиоптическую электродинамическую систему 8.

Два металлических зеркала 7 квазиоптической электродинамической системы 8 направляют СВЧ излучение на подложку 2 с возможностью формирования стоячей СВЧ волны в области 12 создания плазмы вблизи подложки 2. Боковые наклонные металлические стенки реакционной камеры 1 направляют возникающее рассеянное плазмой СВЧ излучение обратно к держателю 4 с подложкой 2, над которой поддерживается плазменный слой 12. Реакционная камера 1 снабжена системой напуска 13 газовой смеси и системой откачки 14 газа для поддержания требуемого давления и скорости газового потока рабочей смеси в камере 1.

В одном частном случае изготовления плазменного реактора в качестве СВЧ генератора 10 электромагнитного излучения может быть использован гиротрон. При этом передающая линия 11, представленная на фиг.1, выполнена в виде единого круглого изогнутого сверхразмерного волновода, состоящего из двух участков 16 и 17, дополненного отрезком сверхразмерного волновода 18 с гофрированной внутренней поверхностью, делителем 19 волнового пучка и комплектом из двух плоских 20 и двух вогнутых 21 зеркал. Волновод круглого сечения 15 СВЧ генератора 10, например, гиротрона с излучением на рабочей моде гиротрона Н02, соединен с передающей линией 11. Единый круглый изогнутый сверхразмерный волновод передающей линии на участках 16 и 17 имеет такую изогнутую форму, которая обеспечивает за счет переменного радиуса изгиба волновода последовательную трансформацию рабочей моды Н02 сначала в моду H01 (на участке волновода 16), а затем в моду НЕ11 (на участке волновода 17). Выход круглого сверхразмерного волновода передающей линии 11 на участке 17 с модой излучения НЕ11 соединен с отрезком сверхразмерного волновода 18 с гофрированной внутренней поверхностью, позволяющей данной моде НЕ11 в неизменном виде распространяться до делителя 19 волнового пучка. Делитель 19 волнового пучка оптически связан с комплектом из двух плоских зеркал 20, каждое из которых, в свою очередь, оптически связано с одним вогнутым металлическим зеркалом из комплекта двух зеркал 21 и с одним из входных окон 9 реакционной камеры 1. Два окна 9 оптически связаны с двумя металлическими вогнутыми зеркалами 7 квазиоптической электродинамической системы 8.

Делитель 19 волнового пучка выполнен в виде сверхразмерного прямоугольного волновода, работа которого основана на эффекте мультипликации изображений при распространении электромагнитной волны (G.G.Denisov, S.V.Kuzikov, in Strong microwaves in plasmas, Ed. A.G.Litvak, N.Novgorod: IAP, 2000, v.2, p.960-966). Зеркала 20 и 21 передающей линии расположены снаружи реакционной камеры 1 (как показано на фиг.1).

Выходной волновод 15 генератора 10 с СВЧ излучением на рабочей моде генератора соединен непосредственно с входным волноводом 16 передающей линии 11 (как показано на фиг.1). Зеркала 7, образующие квазиоптическую электродинамическую систему 8, установлены с возможностью направления СВЧ излучения 22 в виде двух пересекающихся волновых пучков в область 12 формирования плазмы вблизи подложки 2.

Система напуска 13 в реакционную камеру 1 газовой смеси, содержащей, по крайней мере, водород и углеводород и система откачки 14 газа для поддержания требуемого давления рабочей смеси могут быть выполнены по-разному, например, так, как показано на фиг.1. Система напуска 13 выполнена в виде металлического вогнутого экрана 6 с подводящей трубкой 13 в центральной его части. Система откачки 14 газа выполнена в виде откачной трубки, размещенной в стенке реакционной камеры или выполнена, как в устройстве-прототипе, в виде набора отверстий в держателе 4 подложки 2, при этом держатель 4 снабжен некоторым объемом для откачиваемой смеси газов, в котором расположена система водяного охлаждения 23 той части держателя 4, которая контактирует с подложкой 2.

В конкретном примере реализации разработанного устройства (плазменного реактора) реакционная камера 1 изготовлена в ИПФ РАН города Нижнего Новгорода из нержавеющей листовой стали толщиной 3 мм. В качестве СВЧ генератора 10 использован гиротрон с частотой СВЧ излучения 28 ГГц и мощностью до 15 кВт, выпускаемый НПП "Гиком" города Нижнего Новгорода. Единый круглый изогнутый сверхразмерный волновод (16 и 17) передающей линии 11 диаметром 32,61 мм изготовлен из меди в ИПФ РАН города Нижнего Новгорода. Единый круглый изогнутый сверхразмерный волновод переменной кривизны (16 и 17) рассчитан методом синтеза формы поверхности волноводных преобразователей (Г.Г.Денисов, Г.И.Калынова, Д.И.Соболев, Известия ВУЗов. Радиофизика, 2004, Т.47, №8, с.688-693) для преобразования рабочей моды генератора Н02 сначала в моду H01, а затем в моду НЕ11 на частоте 28 ГГц. Поля упомянутых волноводных мод представлены на фиг.2 (а, б, в). Преобразование в первой части передающей линии (участок волновода 16) осуществляется одновременно с поворотом оси волновода на 90 градусов через промежуточную моду E12, вырожденную с исходной модой Н02. Для этой пары мод при данных параметрах - частоте излучения и радиусе волновода - угол поворота близок к углу полного взаимного преобразования или углу Жуге (М.Jouguet. Effect of curvature on the propagation of electromagnetic waves in guides of circular cross sections // Cables et Transmission (Paris), 1947, v.1, No.2, pp.133-153), за счет чего достигается быстрая трансформация основной мощности в моду E12, впоследствии преобразуемую в моду H01 при помощи периодической связи. За счет использования специального метода синтеза удалось при этом достичь значительного уменьшения уровня паразитных мод до уровня менее 0.5% от общей мощности. Вторая часть передающей линии (участок волновода 17) осуществляет преобразование моды H01 в моду НЕ11 гофрированного сверхразмерного волновода 18. Преобразование осуществляется внутри гладкого волновода, поэтому структура поля, соответствующая требуемой моде, представляется в виде суммы нескольких мод с заданными фазами, основные из которых - Н11 и Е11 (около 85% и 15% от общей мощности, соответственно). Использованный метод синтеза позволил за счет одновременного преобразования в несколько промежуточных мод, а затем их преобразования в моду Н11 получить искомую смесь мод с большой точностью. Суммарная мощность моды Н02, недопреобразованных промежуточных мод и паразитных мод не превышает 0.5%. После получения моды НЕ11 на отрезке волновода 18 вводится поперечная гофрировка внутренней поверхности волновода, позволяющая данной моде в неизменном виде распространяться до делителя 19 волнового пучка.

Плазменный реактор с передающей линией, представленной на фиг.1, работает следующим образом.

СВЧ излучение на рабочей моде Н02 гиротрона с частотой 28 ГГц посредством волновода круглого сечения 15 направляется в круглый изогнутый сверхразмерный волновод 16, 17 передающей линии 11. Волновод передающей линии трансформирует рабочую моду Н02 сначала в моду H01 (на участке волновода 16), а затем в моду HE11 (на участке волновода 17). Выход круглого волновода передающей линии 11 на участке 17 с модой излучения НЕ11 соединен с отрезком волновода 18 с гофрированной внутренней поверхностью, позволяющей данной моде в неизменном виде распространяться до делителя 19 волнового пучка. СВЧ излучение на моде НЕ11 из выхода волновода 18 направляется на вход делителя 19, выполненного в виде сверхразмерного прямоугольного волновода. За счет эффекта мультипликации изображений при распространении электромагнитного излучения в сверхразмерном прямоугольном волноводе 19 гауссов пучок делится на два одинаковых гауссовых пучка меньшей интенсивностью. Каждый их этих пучков излучения 22 посредством комплектов зеркал 20, 21 передающей линии 11 направляется через окна реакционной камеры на два вогнутых зеркала 7 квазиоптической электродинамической системы 8. Зеркала 7 квазиоптической электродинамической системы 8, прикрепленные к наклонной стенке реакционной камеры 1, направляют два сходящихся пучка 22 в область 12, где указанные два пучка пересекаются и в области их пересечения формируется стоячая волна. В пучностях стоячей волны величина электрического поля равна или превышает пороговое поле, необходимое для поддержания стационарной плазмы, поэтому в области 12 формирования стоячей волны происходит поджог СВЧ разряда и формирование и локализация плазменного слоя. Изменяя форму и размеры поперечного сечения пересекающихся волновых пучков 22, регулируются размеры и форма плазменного слоя. СВЧ излучение волновых пучков поглощается в плазме и частично рассеивается плазмой. Рассеянное плазмой СВЧ излучение отражается от наклонной стенки 6 реакционной камеры 1 и направляется обратно к держателю 4 с подложкой 2, над которой поддерживается плазменный слой, и, тем самым, достигается повторное прохождение рассеянного излучения через плазму и полное поглощение СВЧ излучения плазмой, что и обеспечивает достижение заявляемого технического результата.

1. Плазменный реактор для высокоскоростного осаждения алмазных пленок из газовой фазы в плазме СВЧ-разряда, содержащий СВЧ-генератор, реакционную камеру, одна сторона которой выполнена выпуклой формы, а на другой стороне установлен держатель подложки для осаждения алмазной пленки, и передающую линию, оканчивающуюся квазиоптической электродинамической системой из двух вогнутых зеркал, закрепленных внутри реакционной камеры с возможностью формирования в выбранной области вблизи подложки стоячей СВЧ-волны для генерирования плазменного слоя, при этом передающая линия состоит из волновода, делителя одного волнового пучка на два одинаковых гауссовых пучка и системы зеркал для передачи двух упомянутых гауссовых пучков на квазиоптическую электродинамическую систему, отличающийся тем, что выпуклая сторона реакционной камеры выполнена в виде металлического экрана с возможностью отражения к подложке рассеянного плазмой СВЧ-излучения, сторона расположения держателя подложки выполнена для передачи упомянутых гауссовых пучков на квазиоптическую электромагнитную систему с окнами, оптически связанными с вогнутыми зеркалами квазиоптической электродинамической системы, которые крепятся к боковой стенке реакционной камеры, а передающая линия выполнена в виде единой волноводной системы, соединяющей выходной волновод СВЧ-генератора с делителем.

2. Плазменный реактор по п.1, отличающийся тем, что в качестве СВЧ-генератора использован гиротрон, а волновод передающей линии выполнен в виде единого изогнутого сверхразмерного волновода круглого сечения, состоящего из двух участков, первый из которых предназначен для трансформирования рабочей моды H02 гиротрона в моду H01, а второй - для трансформирования моды H01 в моду НЕ11, при этом отрезок упомянутого изогнутого сверхразмерного волновода, последовательно соединенный со вторым участком и делителем передающей линии, выполнен с поперечной гофрировкой внутренней поверхности.

3. Плазменный реактор для высокоскоростного осаждения алмазных пленок из газовой фазы в плазме СВЧ-разряда, содержащий СВЧ-генератор, реакционную камеру, на одной из сторон которой установлен держатель подложки для осаждения алмазной пленки, и передающую линию, оканчивающуюся квазиоптической электродинамической системой из двух вогнутых зеркал, закрепленных внутри реакционной камеры с возможностью формирования в выбранной области вблизи подложки стоячей СВЧ-волны для генерирования плазменного слоя, при этом передающая линия состоит из волновода, делителя одного волнового пучка на два одинаковых гауссовых пучка и системы зеркал для передачи двух упомянутых гауссовых пучков на квазиоптическую электродинамическую систему, отличающийся тем, что сторона расположения держателя подложки выполнена для передачи упомянутых гауссовых пучков на квазиоптическую электромагнитную систему с окнами, оптически связанными с вогнутыми зеркалами квазиоптической электродинамической системы, которые крепятся к боковой стенке реакционной камеры, другая сторона реакционной камеры выполнена в виде металлического экрана конусообразной формы с углом между основанием конуса и боковой наклонной стенкой, выбранным из условия обеспечения отражения к подложке рассеянного плазмой СВЧ-излучения, а передающая линия выполнена в виде единой волноводной системы, соединяющей выходной волновод СВЧ-генератора с делителем.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области осаждения углерода путем разложения газообразных соединений с помощью плазмы СВЧ-разряда и может быть использовано, например, для получения поликристаллических алмазных пленок (пластин), из которых изготавливают выходные окна мощных источников СВЧ-излучения, например гиротронов, необходимых для дополнительного нагрева плазмы в установках термоядерного синтеза.

Изобретение относится к изготовлению слоя бесцветного алмаза (монокристаллического и поликристаллического) химическим осаждением из паровой фазы (ХОПФ-алмаза), который может быть использован, например, для оптических применений или в качестве драгоценных камней.

Изобретение относится к технологии получения бесцветного (то есть прозрачного для УФ-, видимого и ИК-излучения) монокристаллического алмаза с высокой скоростью роста.
Изобретение относится к технологии получения изделий из поликристаллического алмаза, получаемого из смеси метана и водорода в плазме разряда. .
Изобретение относится к отжигу алмаза, а именно к отжигу монокристаллического CVD-алмаза. .
Изобретение относится к технологии получения легированных бором монокристаллических алмазных слоев методом химического осаждения из газовой фазы (ХОГФ), которые могут быть использованы в электронике, а также в качестве ювелирного камня.

Изобретение относится к технологии получения алмаза для использования в электронике. .

Изобретение относится к способам искусственного синтеза монокристаллов алмаза - как с заранее заданными физическими свойствами: полупроводниковыми, люминесцентными, цветными и т.п., так и без примесей с высокой оптической прозрачностью.

Изобретение относится к области осаждения углерода путем разложения газообразных соединений с помощью плазмы СВЧ-разряда и может быть использовано, например, для получения поликристаллических алмазных пленок (пластин), из которых изготавливают выходные окна мощных источников СВЧ-излучения, например гиротронов, необходимых для дополнительного нагрева плазмы в установках термоядерного синтеза.
Изобретение относится к контактному кольцу для осевого торцевого уплотнительного узла, включающему базовое тело, которое выполнено по меньшей мере из одного материала, содержащего карбидный материал, и покрытие, которое содержит алмазный материал, нанесено на базовое тело и образует поверхность скольжения

Изобретение относится к технологии получения монокристаллического бесцветного алмаза химическим осаждением из паровой фазы (ХОПФ), который может быть использован для оптических и ювелирных применений

Изобретение относится к технологии химического осаждения из газовой фазы алмазных пленок и может быть использовано, например, для получения алмазных подложек, в которых монокристаллический и поликристаллический алмаз образует единую пластину, используемую в технологии создания электронных приборов на алмазе или применяемую в рентгеновских монохроматорах, где необходимо осуществить теплоотвод от монокристаллического алмаза

Изобретение относится к технологии производства синтетического алмазного материала, который может быть использован в электронных устройствах. Алмазный материал содержит одиночный замещающий азот ( N s 0 ) в концентрации более примерно 0,5 ч/млн и имеющий такое полное интегральное поглощение в видимой области от 350 нм до 750 нм, что по меньшей мере примерно 35% поглощения приписывается N s 0 . Алмазный материал получают путем химического осаждения из паровой или газовой фазы (CVD) на подложку в среде синтеза, содержащей азот в атомной концентрации от примерно 0,4 ч/млн до примерно 50 ч/млн, при этом газ-источник содержит: атомную долю водорода, Hf, от примерно 0,40 до примерно 0,75; атомную долю углерода, Cf, от примерно 0,15 до примерно 0,30; атомную долю кислорода, Of, от примерно 0,13 до примерно 0,40; причем Hf+Cf+Of=1; отношение атомной доли углерода к атомной доле кислорода, Cf:Of, удовлетворяет соотношению примерно 0,45:1<Cf:Of< примерно 1,25:1; а газ-источник содержит атомы водорода, добавленные в виде молекул водорода, Н2, при атомной доле общего числа присутствующих атомов водорода, кислорода и углерода между 0,05 и 0,40; при этом атомные доли Hf, Cf и Of представляют собой доли от общего числа атомов водорода, кислорода и углерода, присутствующих в газе-источнике. Изобретение позволяет получать алмазный материал с относительно высоким содержанием азота, который равномерно распределен, и который свободен от других дефектов, что обеспечивает его электронные свойства. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 11 ил., 6 пр.

Изобретение относится к технологическим процессам получения легированных алмазов, которые могут быть использованы в электронике и приборостроении, а также в качестве ювелирного камня. Легированный алмаз получают методом химического осаждения из газовой фазы (ХОГФ) на подложку в реакционной камере 2. Легирующий компонент 7 берут в твердом состоянии и размещают в камере легирования 3, в которой выполнено не менее трех присоединительных фланцев, два из которых служат для присоединения камеры легирования 3 к линии подачи рабочего газа 1, а третий - для прохождения лазерного излучения 8 в импульсном режиме через прозрачное окно 5 внутрь камеры легирования 3 для распыления легирующего компонента 7, причем концентрацию легирующего компонента 7 в алмазе регулируют путем варьирования параметров лазера: тока накачки лазерного диода, частоты лазерных импульсов, расстояния от фокуса лазерного излучения до поверхности легирующего компонента. В качестве рабочего газа может быть использована смесь водорода и метана в объемных соотношениях от 98:2% до 90:10%. Дополнительно в рабочий газ может быть введен кислород. Изобретение позволяет прецизионно и в широком диапазоне концентраций (от 1014 атом/см3 до 9×1019 атом/см3) легировать алмаз различными элементами, такими как бор, сера, кремний в процессе его роста путем ХОГФ. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл., 4 пр.

Микроволновый плазменный реактор для производства синтетического алмазного материала с помощью химического осаждения из газовой фазы содержит: микроволновый генератор, сконфигурированный для генерации микроволн на частоте f; плазменную камеру, содержащую основание, верхнюю пластину и боковую стенку, простирающуюся от упомянутого основания до упомянутой верхней пластины, задавая объемный резонатор для поддержания микроволновой резонансной моды между основанием и верхней пластиной; конфигурацию микроволновой связи для подачи микроволн от микроволнового генератора в плазменную камеру; систему газового потока для подачи технологических газов в плазменную камеру и удаления их оттуда; держатель подложки, расположенный в плазменной камере и содержащий поддерживающую поверхность для поддержания подложки; и подложку, расположенную на поддерживающей поверхности. Подложка имеет поверхность роста, на которую осаждается синтетический алмазный материал при ее использовании, причем размеры и местоположение подложки в пределах объемного резонатора выбираются для создания профиля локализованного осесимметричного электрического поля Ez поперек поверхности роста при ее использовании. Профиль локализованного осесимметричного электрического поля Ez содержит по существу плоский центральный участок, опоясанный кольцом большего электрического поля. Технический результат - повышение однородности и твердости алмазных продуктов. 18 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к способу управления концентрацией и однородностью распределения легирующей примеси в синтетическом CVD-алмазном материале, используемом в электронных устройствах и датчиках. Алмазный материал получают в микроволновом плазменном реакторе, содержащем плазменную камеру 102, в которой расположена(ы) одна или более подложек-областей поверхности роста 105, поверх которой(ых) осаждается алмазный материал, систему газового потока 112 для подачи технологических газов в плазменную камеру 102, систему 122 удаления их оттуда. Микроволновое излучение подается от микроволнового генератора 106 в плазменную камеру 102 через микроволновую связь 110, чтобы сформировать плазму выше области поверхности роста 105 или ниже области поверхности роста, если микроволновый плазменный реактор находится в инвертированной конфигурации с технологическими газами, протекающими в восходящем направлении. Система газового потока 112 включает в себя газовый впуск, содержащий один или более газовых впускных патрубков 124, расположенных противоположно области поверхности роста 105 и сконфигурированных для инжекции технологических газов по направлению к области поверхности роста 105, причем технологические газы инжектируют в плазменную камеру 102 через один или каждый газовый впускной патрубок 124 с числом Рейнольдса в диапазоне 1-100, которые при этом интегрально сформированы в металлической стенке плазменной камеры 102, расположенной противоположно области поверхности роста 105. Плазменная камера 102 выполнена с возможностью поддержания ТМ011 моды стоячей микроволны, конфигурация микроволновой связи 110 содержит микроволновое окно 119 для подачи микроволнового излучения от микроволнового генератора 106 в плазменную камеру 102, которое расположено на противоположном конце плазменной камеры 102 по отношению к области поверхности роста 105 и выполнено в виде кольцевого диэлектрического окна. Изобретение позволяет достичь однородного химического состава алмазного материала, выращенного в единственном цикле роста при поддержании равномерной плазмы с большой площадью при очень высоких скоростях роста и обеспечивает возможность достижения высокой степени контроля уровня и распределения дефектов и легирующих примесей в алмазной пленке без загрязнений и повреждений стенок и микроволнового окна плазменной камеры, которая при этом может поддерживать компактную ТМ011 моду стоячей микроволны. 14 з.п. ф-лы, 17 ил.

Изобретение относится к технологии получения алмазов для ювелирных целей. Способ включает помещение подложки, имеющей алмазное зерно с предварительно заданным размером и предварительно заданной оптической ориентацией, в камеру для осуществления химического парофазного осаждения (CVD), подачу в камеру водорода, углеводородного газа, содержащего углерод, газа, содержащего азот, и газа, содержащего диборан, оба из которых приспособлены для ускорения скорости роста алмаза на подложке, приложение электрического поля для образования плазмы близ подложки, приводя тем самым к поэтапному росту алмаза на подложке, завершение процесса CVD в камере, огранку и удаление нежелательного углерода из выращенного алмаза, очистку и огранку алмаза, отжигаемого при предварительно заданной температуре в течение заданного периода времени, проведение окончательной огранки алмаза, полировки и придания цвета. За счет добавления очень маленьких количеств легирующих примесей в виде азота и диборана в сочетании с газами, содержащими метан и водород, получают белые алмазы (цвет G и H), практически не содержащие дефектов. 12 з.п.ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к синтезу материала, в частности алмаза и полупроводника типа Si-Ge, посредством химического осаждения из паровой фазы (CVD). Синтез алмаза осуществляют путем создания плазмы в вакуумной камере около субстрата, выполненного с возможностью размещения на нем синтезируемого алмаза, при этом в камеру вводят H2 и вещество-носитель углерода для получения в камере газа, содержащего вещества-носители атомов реактивного углерода в виде радикалов или молекул с незаполненными электронными оболочками, из которых затем синтезируется указанный алмаз. Электромагнитные спектры поглощения и неупругого рассеяния синтезируемого алмаза используют для отбора частот поглощения, способствующих протеканию реакций, приводящих к образованию синтезируемого материала. В ходе способа генерируют энергетические лучи в виде фотонных пучков с энергией, определяемой указанными частотами поглощения и неупругого рассеяния, причем указанные фотонные пучки инжектируют в плазму, где вещества-носители указанных атомов реактивного углерода поглощают эти фотоны, имеющие энергию, соответствующую энергетическим состояниям алмаза. Обеспечивается более высокая скорость осаждения и обеспечивается улучшенное качество получаемого материала. 3 н. и 25 з.п. ф-лы, 12 ил.
Наверх