Zu
Plasmabrenner ein Gasgemisch aus den Plasmagasen Argon und Wasserstoff und dem d
kohlenstoffhaltigen Prozeßgas (Methan) in eine Niederdruckkammer einbringt und chemisch akti- is
viert. Im Gleichstromplasma entstehen Wasserstoff- und Kohlenstoffradikale durch die nahezu A
vollständige Dissoziation der Gase. Die Wasserstoffradikale rekombinieren mit den Wasser-
stoffatomen der Kohlenwasserstoffradikale zu H2, und die freien Bindungen werden durch
Kohlenstoffatome abgesättigt. Die richtige Wahl der Prozeßparameter führt zu einem sehr viel ]
langsameren Wachstum der Graphitphase des Kohlenstoffs gegenüber der Diamantphase, wobei ;
der atomare Wasserstoff als selektives Ätzmittel für die konkurrierenden unerwünschten Kohlen-
stoffphasen wirkt. Die gute Aktivierung des Gasgemisches im Plasmastrahl bedingt gegenüber ©
anderen CVD-Verfahren eine sehr schnell auf dem Substrat aufwachsende Diamantschicht (2). h.
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d:
Das Parameterfeld für die Abscheidung polykristalliner Diamantschichten setzt sich vornehmlich d:
aus Art und Volumenstrom der eingesetzten Gase, der Plasmaleistung des Brenners (Aktivie- st
rungsenergie), dem Prozeßdruck in der Kammer, dem Beschichtungsabstand zwischen Substrat
und Brenner sowie der Temperatur der Substratoberfläche und des Plasmas zusammen. Der
Abstand zwischen dem zu beschichtenden Substrat und der Plasmabrennerdüse beeinflußt in
erster Linie die Temperaturbereiche und Gaszusammensetzungen direkt vor der Substratober-
fläche. Das Temperaturprofil eines beliebigen Plasmajets ist in Bild 1 schematisch dargestellt.
Dabei fällt die Plasmatemperatur von über 25000°C direkt am Lichtbogen auf unter 2000°C an
der Plasmazunge. Je nach herrschendem Umgebungsdruck beträgt die Plasmalänge zwischen
wenigen Zentimetern und einigen Dezimetern. Abhängig von den im Plasma vorliegenden Tem-
peraturen bestehen Unterschiede im Angebot an Kohlenstoffatomen an der Substratoberfläche.
Höhere Plasmatemperaturen sind in diesem Fall gleichzusetzen mit einer hohen Dichte atomaren
Kohlenstoffs. Niedrigere Temperaturen führen zu Rekombinationen der aufgebrochenen Methan-
moleküle und damit zu geringeren Dichten der Kohlenstoffatome und -radikale, woraus eine
kleinere Wachstumsrate der Diamantschicht resultiert.
Wasserkühlung Eichler
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Bild 1: Temperaturprofil eines Plasmastrahls
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Die Diamantschichten wurden auf Hartmetallsubstraten (WC -6% Co, ISO K10) mit unter- Be
schiedlicher WC-Korngröße abgeschieden. Neben quadratischen Wendeschneidplatten mit acht M
Schneidecken (90°) kamen auch Fräsplatten mit zwei spitzen Schneidecken zum Einsatz, um den flE
Geometrieeinfluß zu untersuchen. Die Substrate waren bei Anlieferung mit Diamantwerkzeug fü
geschliffen. Vor der Beschichtung erfolgte eine Reinigung mit Isopropanol im Ultraschallbad. er
Zufriedenstellende Abscheideraten der Diamantschichten auf Hartmetall waren in einem Bereich ge
von 750-1050°C an der Substratoberfläche und einem Druckbereich von 250-300 mbar zu di
realisieren. Die Plasmaleistung sollte 16-25 kW, der Abstand 50-85 mm bei einem Argon- aı
50
