使用熱絲化學氣相沉積 – HFCVD

金剛石耐磨性強，適合用于切削工具的涂層。金剛石涂層工藝技術良多，其中一種是熱絲化學氣相沉積（HFCVD）。

HFCVD技術使用含碳氣體稀釋混合物例如氫氣中的甲烷在亞大氣壓下通過熱絲熱活化。氣體混合物和流量須謹慎控制；流量控制器用于保證適當的氣體量和過程重復性。

應用要求

重要的是所用的質量流量控制器可確保合適的氣體總量和過程的重復性；否則，所獲薄膜的均勻性和整體質量將大打折扣。儀表須可靠并具有模擬或數字通信功能，因為流程中氣體的可燃性和爆炸性涉及安全問題，須嚴密控制和監測。

重要議題

l 高重復性

l 高精度

l 快速響應

l 高穩定性

工藝方案

金剛石薄膜生產的通用方法之一是熱絲氣相沉積技術（HFCVD），其中氣體混合物通過加熱至2400oC的W或Ta線（∅100 到 300 μm)進行加熱。通常僅需兩種氣體：H2和CH4，甲烷在氫氣中以1 -2 vol%稀釋。HFCVD反應器內的總壓力通常在20 mbar 至 200 mbar之間變化，總流量取決于反應器的尺寸和幾何形狀。

新型的金剛石涂層被稱為納米晶金剛石(NCD) ，與微晶金剛石薄膜(MCD)相反。NCD的特征在于納米微晶尺寸(1 nm 到 50 nm)和更光滑的表面，保留了MCD的硬度并相對于MCD具有更好的耐磨損和耐摩擦性能。這些涂層通常需要添加第三惰性氣體，通過增強生長過程中的再成核過程和改變腔室內氣體的熱負荷來促進NCD的形成，也影響基板加熱。該系統比MCD系統更復雜，在進料氣體的控制和監測中需要倍加注意。

這類反應器的進一步修改包括在形成期間用硼(MCD和NCD)摻雜金剛石涂層使其具導電性。通常用到含硼(B)物質的液體并且通過載氣鼓泡將硼蒸汽帶到熱絲和金剛石涂層中。通過選擇合適的硼濃度并調節通過的氣體來調節摻雜水平。在進行NCD時，因為涉及三種氣體，任務變得越發困難。質量流量控制器（例如EL-FLOW Select, LOW-ΔP-FLOW 或 IN-FLOW系列)在涉及CVD工藝的應用中發揮著關鍵作用。

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IN-FLOW F-201C1

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