Технологии

Поскольку видением компании является лидерство в области алмазной электроники новых поколений, то выбором нашей научной группы стала технология CVD-синтеза в плазме алмазных материалов.

Именно метод осаждения из газовой фазы (CVD-метод) позволяет выращивать алмазные кристаллы с контролируемым содержанием примесей бора и азота (менее 100 ppb), т.е. на 1-2 порядка ниже, чем для лучших природных кристаллов или синтезируемых при высоких давлениях и температурах (метод HPHT). Столь высококачественные кристаллы необходимы для раскрытия потенциала алмаза в электронике и рентгеновской дифракционной оптике, а также в ряде других областей техники, таких как рамановские лазеры, или детекторы ионизирующего излучения. В CVD-реакторе тонкие алмазные подложки, на которые будет осуществляться осаждение алмазной пленки (то есть происходить рост алмаза), размещаются на подложкодержателе в рекреационной камере. В камеру подается смесь соответствующих газов - водорода, метана и других, необходимых для заданных свойств конечного материала. За счет ионизирующего или электрического воздействия непосредственно над подложкодержателем образуется область плазмы. Плазма нагревает подложку до 600-1200 °С и служит источником углерода для осаждения. Процесс синтеза происходит при пониженном давлении в условиях вакуума.

Лаборатория компании FREZART по синтезу углеродоподобных материалов разработала и продолжает совершенствовать собственное оборудование для CVD-синтеза монокристаллического алмаза и его последующей обработки под различные требования заказчиков.

История технологии CVD-синтеза алмаза

Открытие термодинамических закономерностей существования графитовой и алмазной фазы позволило в 1950-х годах реализовать технологию выращивания алмаза при высоких давлениях и высоких температурах. Казалось бы, эта закономерность запрещает рост алмаза при низких давлениях. Однако примерно в то же время Eversole и Kenmore разработали циклический процесс пиролиза углеводородов и впервые продемонстрировали рост алмаза при низких давлениях.В начале 1960-х годов Angus, Will и Stanko синтезировали легированные боромалмазные пленки.

Пионерские исследования этого метода проводились в Институте физической химии и электрохимии им. А.М.Фрумкина АНСССР еще в середине 50-х годов 20 века (в отделе Б.В.Дерягина). Однако долгое время как в работах этой группы, так и у зарубежных исследователей скорости осаждения алмаза не превышали 0,1 мкм/ч и были далеки от значений, представляющих практический интерес. Кроме того, из-за загрязнения поверхности графитоподобным осадком длительно поддерживать процесс роста неудавалось. Лишь к началу 80-х годов удалось достичь скорости роста более 10 мкм/ч. В настоящее время CVD-метод позволяет получать достаточно чистые поликристаллические алмазные пленки и пластины диаметром более 100 мм и толщиной от единиц микрометров до 1–3 мм и монокристаллический алмаз размерами до 10 мм на 10 мм на 0,5 мм толщиной. Таким образом, алмазные пластины приобрели форму, привычную для принятых в электронике технологий.

Основные явления в процессе CVD-синтеза алмаза:

введение газов в реактор,
термическая или плазменная активация реагентов,
перенос активных радикалов и молекул к растущей поверхности,
химические и диффузионные процессы на поверхности,
образование алмаза и других форм углерода.

В качестве источника углерода используется углеводород (чаще всего метан), сильно разбавленный водородом.

Рост алмаза не является эпитаксиальным, зарождение кристаллов происходит на заранее привнесенных на подложку центрах нуклеации, частицах алмаза. В качестве подложек при получении поликристаллического алмаза чаще всего используют кремний или молибден, но осаждать алмазные пленки можно и на другие материалы, стойкие к нагреву до 1000°С в присутствии атомарного водорода. Полученные пленки могут быть химически отделены от подложки и использованы далее в виде пластин. В качестве подложек для получения монокристаллического алмаза используют только алмазные специально подготовленные пластины. В то время как площадь поликристаллического CVD-алмаза может составлять десятки и сотни квадратных сантиметров, площадь монокристаллических материалов обычно не превышает 1 см², поскольку она ограничена размерами алмазной подложки.

*На основании материалов из открытых источников

Области применения

Современные синтезируемые алмазные материалы позволяют производить:

Элементную базу для микро- и наноэлектроники нового поколения;

Инновационные материалы для высокочувствительных датчиков, используемых в высокоточных измерениях, медико-биологических приборах, лазерном оборудовании, оборудовании для различных обрабатывающих отраслей и производства электроники;

Перспективные приборы силовой энергетики нового поколения;

Технический алмаз для производства PDC-долот (долот с алмазными резцами для буровых инструментов);

Прецизионный лезвийный сверхтвердый медицинский инструмент (для нужд офтальмологической хирургии нового поколения, пластической хирургии, нейрохирургии и иных медицинских направлений);

Полированные линзы из сверхтвердых материалов для нужд оптики;

Решения ювелирного класса и дизайнерские решения для интерьера (из натурального алмаза это невозможно ни по цене, ни по возможности находить достаточное количество схожих камней), лабораторно-выращенные алмазные вставки для ювелирных украшений, дизайнерской одежды и мебели, гаджетов.

Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР)

Компания Фрезарт проводит НИР, НИОКР, ОКР в собственной лаборатории по синтезу углеродоподобных материалов и как со-исполнитель с различными научно-исследовательскими центрами.
Мы открыты к возможностям кооперации и совместной реализации научных проектов по следующим направлениям:

Разработка методов и оборудования для разметки кристаллографических осей непосредственно на месте определения структуры и ориентации монокристаллов алмаза

Разработка методов, оснастки и оборудования для шлифовки и полировки по всем граням тонких монокристаллических алмазных пластин 5х5х(0,5-0,3)мм при шероховатости (Ra) менее 1нм

Разработка технологии для переработки отходов после алмазной резки синтезированных алмазов

Исследование стабилизации температуры подложки при синтезе алмазов CVD методом. Построение моделей. Разработка технологии, оборудования и оснастки

Разработка позиционера для фигурной лазерной резки монокристаллов алмаза

Исследование влияния электрических и магнитных полей на структурирование воды

Исследование процессов роста и свойств материалов из монокристаллического карбида кремния в различных политипах

Разработка приборов алмазной электроники и др.

Если Вы ищете для себя возможности реализации новых научных направлений, напишите нам, пожалуйста, письмо на e-mail: cvd@frezart.ru