Aller au contenu principal
Accès ouvert déclaré 2026 article

Multi-physics simulation and experimental optimization of diamond deposition in a cylindrical MPCVD reactor

0Citations signalées — pas une note de qualité
1Institutions déclarées
1Pays d’affiliation déclarés

Résumé fourni par la source

Abstract The uniformity and quality of diamond films deposited in Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition (MPCVD) reactors are significantly challenged by non-uniform plasma distributions and low growth rates. This study combines multi-physics numerical simulations with experimental investigations to optimize diamond deposition in a home-built cylindrical resonant-mode MPCVD reactor. A comprehensive multi-physics model coupling electromagnetic fields, fluid dynamics, and hydrogen-methane plasma chemistry was developed to analyze the effects of microwave power, reactor pressure, substrate height, and chamfer geometry on plasma characteristics, particularly electron density, temperature, and electric field uniformity. Experimentally, the influences of methane concentration (2%–6%) and substrate temperature (910 °C–995 °C) on the morphology, crystallinity, and growth rate of polycrystalline diamond films were systematically evaluated. The simulation results identify optimal geometric parameters: a substrate height of 5 mm combined with a 0.8 mm chamfer, and a substrate edge flush with a molybdenum holder (Δh = 0 mm), which minimize the coefficient of variation for electric field uniformity to 3.284%. Experimentally, optimized deposition conditions of 4% methane concentration and a substrate temperature of 935 °C–940 °C yielded dense, phase-pure polycrystalline diamond films with a growth rate of 4 μm h −1 , as confirmed by SEM and Raman spectroscopy (FWHM of 8.9–9.4 cm −1 ). This work provides a validated framework for the coupled optimization of the process and geometric parameters to achieve high-quality, uniform diamond films via MPCVD.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
Multi-physics simulation and experimental optimization of diamond deposition in a cylindrical MPCVD reactor
Date Crossref
15/04/2026
Éditeur
IOP Publishing
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude et ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Institutions déclarées

Une affiliation ne permet pas de déduire la nationalité d’un auteur.

Sujets associés

Diamond and Carbon-based Materials ResearchHigh-Temperature Coating BehaviorsPlasma Applications and Diagnostics

BNTIC News n’est pas le producteur de ces données. Recherche à la demande dans Crossref et Europe PMC, sans clé ; OpenAlex reste optionnel. Aucun service payant requis, aucune réponse conservée. Sources et limites.