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Microwave Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition (MW-CVD)

MW-CVD by ASTeX

Die Reaktoren der Firma ASTeX (Applied Science and Technology) bestehen aus zylindrischen Kammern, die über einen rechtwinkligen Wellenleiter (mit Moden-Konverter) an einen Mikrowellen-Generator angeschlossen sind. Der Mikrowellen-Generator arbeitet mit einer Frequenz von 2.45 GHz. Die drei im Institut vorhandenen ASTeX-Anlagen können mit Leistungen bis zu 1.5 kW, 3 kW und 5 kW betrieben werden. Das Plasma wird abseits der Reaktoroberflächen über einem Substrat erzeugt. Der Abstand zwischen dem Substrat-Tisch und dem für Mikrowellen transparenten Quarzfenster ist veränderbar, wodurch ein weiteres Einstellen des Mikrowellenkreislaufs möglich ist (Justierung der Geometrie des zylindrischen Hohlraums). Unabhängig von der Plasma-Generierung kann der Substrat-Tisch bis zu einer Temperatur von 1000°C induktiv geheizt und/oder mit einem Bias von bis zu 600 V belegt werden. Die Reaktionsgase werden über Edelstahl-Kanülen in die Reaktorkammer eingelassen. Dabei werden ihre Massenströme über Durchflussmeter kontrolliert. Verwendete Gase sind zum Beispiel H2, CH4, C2H2, Ar, N2, O2, Tetramethyl Borane(TMB), Tetramethyl Silane(TMS) etc. Für feste und flüssige Precursor stehen spezielle Behälter zur Verfügung, die an die Gasleitungen angeschlossen werden können. Der Basisdruck des Reaktors liegt bei 10-3 Torr. Sein Arbeitsdruck reicht von einigen bis zu einigen Hundert Torr und wird mit einem MKS-Vakuum-Druckmesser kontrolliert.

In die Reaktorkammer sind mehrere Fenster eingelassen, die eine Vielzahl an externen und in-situ-Messungen zulassen, z.B. externe Temperaturmessungen mit einem IR-Pyrometer, in-situ Spannungsmessungen über die „bending substrate“-Methode, Anbringen eines Molekülstrahlmassenspektrometers (MBMS) zur chemischen Analyse des Plasmas.

Am Lehrstuhl werden die ASTeX-Reaktoren für diverse Anwendungen und Forschungsbereiche eingesetzt. Beispiel sind hier das Abscheiden von hochqualitativen CVD-Diamant-Schichten und verschiedenen nanokristallinen Gradient-Komposit-Schichten wie Diamant/ ß-SiC, Diamant/WC etc. auf metallische und keramische Substrate, sowie für die Diamantdotierung von Halbleitern. Ein weiterer Schwerpunkt des Lehrstuhls liegt in der Synthese von kohlenstoff-basierten Nanostrukturen wie carbon nanotubes, carbon nanohelices, tubular graphitic cones etc.