การผลิตเพชรสังเคราะห์โดยใช้กำลังไมโครเวฟที่ดัดแปลงจากเครื่องอุ่นอาหารไมโครเวฟ

บทคัดย่อ

ได้ออกแบบและสร้างระบบ Microwave plasma-assisted CVD (MPCVD) โดยใช้แมกเนตรอนและ ระบบจ่ายกําลังที่ดัดแปลงจากเครื่องอุ่นอาหารไมโครเวฟ และสามารถจ่ายกําลังไมโครเวฟที่ก่อให้เกิดพลาสมาสูงสุดที่ประมาณ 495 W ส่วนระบบ 13.56 MHz RF substrate bias สามารถจ่าย Substrate bias ได้สูงสุดที่ประมาณ 280 W ส่วนแชมเบอร์พลาสมาซึ่งเป็นแบบสุญญากาศต่ํามากๆ สามารถควบคุมความดันโดยอัตโนมัติในแชมเบอร์และสัดส่วนของก๊าซชนิดต่างๆ ที่จ่ายเข้าในแชมเบอร์ได้ ได้ศึกษาการใช้ก๊าซ CH4:H2 ที่อัตราส่วน 1% ไปจนถึง 50% รวมถึงการเจือก๊าซ N2 ที่ 0.5% และใช้ Substrate bias ที่ 150 W และกําลังไมโครเวฟที่ก่อให้เกิดพลาสมาถึง 375 W ซึ่งจากการวิเคราะห์โดยใช้เทคนิค Raman spectroscopy แสดงให้เห็นว่าฟิล์มที่เกิดขึ้นเป็นเพชรปะปนกับคาร์บอนในรูป Amorphousจํานวนมาก ส่งผลให้ Substrate เป็นสีดําเข้ม และไม่สามารถวัดอัตราการโตของฟิล์มโดยใช้เครื่องชั่งทศนิยม 5 ตําแหน่งได้ ได้ศึกษาการใช้ก๊าซ 50% CH4-50% CO2-0.5% N2 และกําลังไมโครเวฟที่ก่อให้เกิดพลาสมาในช่วง 224 – 253 W ซึ่งผลที่ได้เกิดเป็นการกัดพื้นผิวโดยพลาสมาเนื่องจากมวลของ Substrate ลดลง และเมื่อเพิ่มกําลังไมโครเวฟรวมถึงใช้ Substrate bias ที่ 50 W ก็ทําให้อัตราการกัดเพิ่มสูงขึ้นได้ศึกษาการใช้ก๊าซ 15% H2-CH4-20% Ar และ Substrate bias ในช่วง 50 – 280 W ซึ่งผลที่ได้เป็นที่น่าพอใจมากเนื่องจากที่ระดับกําลังไมโครเวฟที่ก่อให้เกิดพลาสมาในช่วง 480 – 495 W อัตราการโตของฟิล์มได้เพิ่มสูงขึ้นตาม Substrate bias ที่เพิ่มขึ้น โดยที่ 280 W อัตราการโตของฟิล์มที่วัดได้คือ 2.3 ?m/hr ซึ่งที่สภาวะนี้เกิดฟิล์มเพชรขึ้นเป็นหลัก ซึ่งยืนยันจากสีขาวใสของ Substrate และจากผลการวิเคราะห์ โดยใช้เทคนิค Raman spectroscopy ดังนั้นตัวแปรเหล่านี้ (15%H2-CH4-20%Ar, ระดับกําลังไมโครเวฟที่ก่อให้เกิดพลาสมาในช่วง 480 – 495 W และ Substrate bias ที่ 280 W) เป็นสภาวะที่เหมาะสมสมที่สุดในการปลูกผลึกเพชรโดยใช่ระบบ MPCVD ที่สร้างขึ้น

คำสำคัญ