【摘 要】
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目的 为了优化单晶金刚石大批量生长的等离子体环境，开展了高功率微波等离子体环境对单晶金刚石外延生长研究。方法 利用实验室自主研发的915 MHz-MPCVD装置，在15～37 kW的高功率微波馈入的条件下，研究了在高功率微波等离子体环境中CVD单晶金刚石的均匀生长条件，利用光学显微镜及激光拉曼光谱对所生长的单晶金刚石进行了形貌质量表征，利用等离子体发射光谱对高功率微波等离子体环境进行了诊断。结果
【基金项目】
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国家自然科学基金（51402220）； 湖北省教育厅科学研究计划（Q20201512）～～；
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目的 为了优化单晶金刚石大批量生长的等离子体环境，开展了高功率微波等离子体环境对单晶金刚石外延生长研究。方法 利用实验室自主研发的915 MHz-MPCVD装置，在15～37 kW的高功率微波馈入的条件下，研究了在高功率微波等离子体环境中CVD单晶金刚石的均匀生长条件，利用光学显微镜及激光拉曼光谱对所生长的单晶金刚石进行了形貌质量表征，利用等离子体发射光谱对高功率微波等离子体环境进行了诊断。结果 在保持甲烷体积分数为5%时，当微波功率为15k W时，等离子体球的尺寸较小，并不能完全覆盖直径150 mm的基片台；将微波功率从28 kW提高到37 kW，肉眼所见的等离子体尺寸变化并不明显，但等离子体的能量分布范围有一定的扩大，这意味着在一定的范围内活性基团的能量分布更均匀。在较高的微波功率下，分布于基片台不同区域的单晶金刚石片均能获得较好的层状生长台阶。随着微波功率的提高以及基片温度的增加，分布于基片台不同区域的微波电磁场强度都有所增强，提高了单晶金刚石的生长速率和质量。结论 在高功率等离子体环境中，通过大幅度的提高微波功率，可以有效地活化含碳基团，在等离子体中产生有利于单晶金刚石高质量高速生长的活性基团。在微波功率为37k W、甲烷体积分数为5%的情况下，将基片温度控制在950℃附近，可以有效地抑制多晶杂质的生成，实现了57片单晶金刚石的批量生长。
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