窒素ドープダイヤモンドI N2/H2およびNH3/H2プラズマのマイクロ波血漿活性化化学蒸気沈着

Nドープダイヤモンドの化学蒸気堆積（CVD）に使用されるCH4/N2/H2プラズマの診断の前兆として、マイクロ波活性化希釈N2/H2およびNH3/H2プラズマの実験/モデリング研究を報告します。h（n = 2）原子の絶対カラム密度とnh（x（3）σ（ - ）、v = 0）ラジカルは、モリブデン基質の上の高さ（z）の関数として、キャビティリングダウン分光法によって決定されています。プラズマプロセス条件、すなわち、総ガス圧力、入力電力P、およびソースガスの窒素/水素原子比。同じプロセス条件の機能として、H（n = 3）原子、NH（a（3）π）ラジカル、およびN2（c（3）π）分子の相対数密度の変動を調査するために、光学放出分光法が使用されています。。これらの実験データは、同じプロセス条件の2-D（R、Z）結合運動および輸送モデリングによって補完されます。これは、電子（TE）およびガス（T）の温度を含む全体的な化学と血漿パラメーターの両方のバリエーションを考慮しています。電子密度（NE）、およびプラズマ電力密度（Q）。実験と理論の比較により、N/Hプラズマ化学反応性の事前の理解の洗練と、プロセス条件とCVD反応器内の位置との変動が可能になり、メタスト可能なN2（A（3）σ（A（3）σ）の本質的な役割を強調するのに役立ちます。+）u）N2プロセスガスを反応性NHX（x = 0-3）ラジカル種に変換する際に、分子（電子衝撃励​​起によって形成されます）およびH原子との過小評価された反応性。

We report a combined experimental/modeling study of microwave activated dilute N2/H2 and NH3/H2 plasmas as a precursor to diagnosis of the CH4/N2/H2 plasmas used for the chemical vapor deposition (CVD) of N-doped diamond. Absolute column densities of H(n = 2) atoms and NH(X(3)Σ(-), v = 0) radicals have been determined by cavity ring down spectroscopy, as a function of height (z) above a molybdenum substrate and of the plasma process conditions, i.e., total gas pressure p, input power P, and the nitrogen/hydrogen atom ratio in the source gas. Optical emission spectroscopy has been used to investigate variations in the relative number densities of H(n = 3) atoms, NH(A(3)Π) radicals, and N2(C(3)Πu) molecules as functions of the same process conditions. These experimental data are complemented by 2-D (r, z) coupled kinetic and transport modeling for the same process conditions, which consider variations in both the overall chemistry and plasma parameters, including the electron (Te) and gas (T) temperatures, the electron density (ne), and the plasma power density (Q). Comparisons between experiment and theory allow refinement of prior understanding of N/H plasma-chemical reactivity, and its variation with process conditions and with location within the CVD reactor, and serve to highlight the essential role of metastable N2(A(3)Σ(+)u) molecules (formed by electron impact excitation) and their hitherto underappreciated reactivity with H atoms, in converting N2 process gas into reactive NHx (x = 0-3) radical species.