金刚石作为一种宽带隙半导体材料，具有优异的物理化学性能，在高温高频、大功率电子器件等高新技术领域有极大的应用潜力。但目前缺乏有效实用的n型导电材料，制约了金刚石半导体在电子领域中的应用。众多研究者寻找有利于获得低电阻率n型金刚石的杂质元素和掺杂方法。磷元素被认为是金刚石中最有潜力的施主杂质，但在磷掺杂金刚石中存在严重的载流子补偿问题。随着金刚石中磷掺杂浓度的提高，载流子补偿率也增加，大大降低了磷的掺杂效果，电阻率难以达到器件的要求。

日本国立物质材料研究所Yuki Katamune团队使用热丝化学气相沉积法（HFCVD）制备了重磷掺杂金刚石(111)薄膜，此方法具有生长面积大和设备配置简单等优点。通过改变掺杂剂中三甲基膦（PMe3）与甲烷的比例，成功地将薄膜的磷浓度控制在1018～1020cm-3范围内，从而有效地降低了电阻率；并在高掺杂水平下获得了小于50Ωcm的低电阻率。研究结果表明，HFCVD的重磷掺杂可能是制备用于金刚石基电子器件的低电阻n型层的一种有效方法。为制造更高效的电子器件提供了一条新的思路，并为未来制备高性能、低电阻率的n型导电钻石材料提供了更广阔的前景。未来的研究应侧重于验证金属杂质对载流子导电和器件性能的影响，以促进HFCVD制备的重磷掺杂薄膜的实际应用。

热丝CVD金刚石设备

研发设计制造了热丝CVD金刚石设备，分为实验型设备和生产型设备两类。

设备主要用于微米晶和纳米晶金刚石薄膜的研发和生产。可用于力学级别、热学级别、光学级别、声学级别的金刚石产品的研发生产。

可以制造大尺寸金刚石多晶晶圆片，用于大功率器件、高频器件及大功率激光器的散热热沉。

可用于生产制造防腐耐磨硬质涂层；环保领域污水处理用的金刚石产品。

可用于平面工件的金刚石薄膜制备，也可用于刀具表面或其它不规则表面的金刚石硬质涂层制备。

可用于太阳能薄膜电池的研发与生产。

平面工作尺寸

圆形平面工作的尺寸：最大φ600mm。

矩形工作尺寸的宽度600mm/长度可根据镀膜室的长度确定（如：工件长度1200mm）。

配置冷水样品台。

可单面镀膜也可双面镀膜。

热丝电源功率

可达300KW，1KW ～300KW可调（可根据用户工艺需求配置功率范围）

设备安全性

-电力系统的检测与保护

-设置真空检测与报警保护功能

-冷却循环水系统压力检测和流量检测与报警保护

-设置水压检测与报警保护装置

-设置水流检测报警装置

设备构成

真空室构成

双层水冷结构，立式圆形、立式D形、立式矩形、卧式矩形,前后开门，真空尺寸,根据工件尺寸和数量确定。

热丝

热丝材料：钽丝、或钨丝

热丝温度：1800℃～ 2500℃ 可调

样品台

可水冷、可加偏压、可旋转、可升降 ，由调速电机控制，可实现自动升降，（热丝与衬底间距在5 ～ 100mm范围内可调），要求升降平稳,上下波动不大于0.1mm。

工作气路（CVD）

工作气路根据用户工艺要求配置：

下面气体配置是某一用户的配置案例。

H2(5000sccm，浓度100%)

CH4(200sccm，浓度100%)

B2H6（50sccm，H2浓度99%）

Ar(1000sccm，浓度100%)

真空获得及测量系统

控制系统及软件

生产型热丝CVD金刚石设备

可制备金刚石面积-宽600*长1200mm