Etude du procédé de croissance du diamant en plasma micro-onde

Abstract

Le diamant est un matériau présentant des propriétés exceptionnelles et de nombreuses applications industrielles potentielles ou déjà développées. Le diamant naturel est trop rare pour être utilisé pour ces applications, par contre de nombres méthodes permettent de synthétiser le diamant sous forme de films poly cristallins. Parmi ces méthodes nous avons étudié le dépôt chimique en phase Vapeur assisté par Plasma micro-onde (MPACVD). L’influence de différents paramètres a été étudiée et en particulier l’influence du mélange gazeux dans lequel le plasma est entretenu, aussi que la modulation de la puissance micro-onde. Dans chaque cas, le plasma est étudié par différentes méthodes de diagnostics (interférométrie micro-onde, spectroscopie optique d’émission, sondes de Langmuir, actinométrie conventionnelle ou dynamique), les films de diamant élaborés dans ces conditions sont caractérisés par microscopie électronique et spectrométrie Raman. Une corrélation entre les paramétrés d’entrée du réacteur, les propriétés du plasma et les caractéristiques du film du diamant est effectuée. Le mélange gazeux le plus fréquemment utilisé est un mélange méthane-hydrogène. Dans ce cas le réacteur a pu être optimisé. L’addition d’azote dans le mélange gazeux modifie à la fois la réactivité chimique du plasma et la qualité des films de diamant. On a montré que l’azote atomique consommait dans la phase gazeuse les précurseurs du dépôt de Carbonne et gravait à la fois le diamant et le carbone non diamant. Une faible quantité d’azote améliore sensiblement la qualité du film. Dans le cas des mélanges méthane-gaz carbonique, l’adjonction d’azote modifie considérablement la structure du film, éliminant le graphite et favorisant la formation de faces (1, 0,0). L’influence de la pulsation de la décharge est étudiée, grâce à la spectroscopie optique d’émission résolue dans le temps on peut suivre l’évolution de la concentration des espèces actives au cours du temps pendant la décharge et le post-décharge. Une augmentation importante de la concentration en hydrogène atomique est observée en décharge pulsé et corrélativement les films de diamant obtenus sont de meilleure qualité. Le graphite et les nano cristaux de diamant aussi que la germination secondaire sont pratiquement éliminés.