Ứng dụng kim cương nhân tạo làm vật liệu tản nhiệt cho các linh kiện điện tử công suất

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘITRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRẦN TIẾN ĐẠT ỨNG DỤNG KIM CƯƠNG NHÂN TẠO LÀM VẬT LIỆU TẢN NHIỆT CHO CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2010... ĐẠI

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

TRẦN TIẾN ĐẠT

ỨNG DỤNG KIM CƯƠNG NHÂN TẠO

LÀM VẬT LIỆU TẢN NHIỆT CHO CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – 2010

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

TRẦN TIẾN ĐẠT

ỨNG DỤNG KIM CƯƠNG NHÂN TẠO

LÀM VẬT LIỆU TẢN NHIỆT CHO CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Chuyên ngành: Vật liệu và Linh kiện Nanô

(Chuyên ngành đào tạo thí điểm)

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS PHAN NGỌC MINH

Hà Nội – 2010

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn này là công trình nghiên cứu do chính tôi −học viên Trần Tiến Đạt, chuyên ngành Vật liệu và Linh kiện nanô, khoa Vật lý

Kỹ thuật và Công nghệ nanô, trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia HàNội hoàn thành dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Phan Ngọc Minh Bản luận vănkhông sao chép từ bất kỳ tài liệu nào Nếu bản luận văn này được sao chép từbất kỳ tài liệu nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước đơn vị đào tạo vàpháp luật

Hà Nội, ngày 14 tháng 01 năm 2010

Tác giả

Trần Tiến Đạt

LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS.Phan Ngọc Minh, người đã trực tiếp giao đề tài và tận tình hướng dẫn em hoànthành luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn toàn thể cán bộ trong phòng Vật liệu Cácbonnanô, Viện Khoa học Vật liệu đã cung cấp cơ sở vật chất và chỉ bảo tận tình emtrong suốt quá trình làm thí nghiệm, nghiên cứu, hoàn thành luận văn

Em xin gửi lời cảm ơn tới Công ty cổ phần công nghệ phần mềm bán dẫn

phát sáng − NAPOTEC, TP Hồ Chí Minh vì sự hợp tác và hỗ trợ nhóm nghiên

cứu trong quá trình khảo sát khả năng tản nhiệt của linh kiện LED có sử dụng đếtản nhiệt kim cương nhân tạo

Em xin được bày tỏ lòng biết ơn đối với các thầy cô giáo Trường Đại học

Công nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã chỉ bảo và giảng dạy em trong suốtnhững năm học qua cũng như việc hoàn thành luận văn này

Nội dung của luận văn là một phần công việc của đề tài nghiên cứu cơ bản

“Nghiên cứu hiệu ứng và cơ chế tản nhiệt sử dụng vật liệu ống nanô cácbon, ốngnanô cácbon định hướng và màng kim cương nhân tạo trong các linh kiện điện

tử công suất” Mã số 103.03.47.09 do Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệQuốc gia − NAFOSTED tài trợ

Cuối cùng, xin được bày tỏ tình cảm tới những người thân trong gia đình,các bạn trong tập thể lớp Cao học K13N đã động viên, hỗ trợ em về mọi mặt

Em xin chân thành cảm ơn!

Học viên: Trần Tiến Đạt

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Đế tản nhiệt cho linh kiện LED công suất 3

1.1.1 Vấn đề tản nhiệt của các linh kiện điện tử công suất 3

1.1.2 Giới thiệu về linh kiện LED 4

1.2 Vật liệu kim cương 8

1.2.1 Cấu trúc của kim cương 9

1.2.2 Cấu trúc của graphite 11

1.2.3 Tính chất dẫn nhiệt của kim cương 12

1.3 Công nghệ chế tạo màng kim cương nhân tạo 16

1.3.1 Phương pháp áp suất cao, nhiệt độ cao 17

1.3.2 Phương pháp lắng đọng pha hơi hóa học 17

1.4 Màng kim cương nhân tạo trên đế đồng 20

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 27

2.1 Hệ thiết bị MPCVD 27

2.1.1.Các thông số cơ bản của hệ thiết bị MPCVD 27

2.1.2 Quy trình vận hành thiết bị MPCVD 28

2.2 Chế tạo mẫu 29

2.2.1 Chế tạo màng kim cương trên đế đồng 29

2.2.2 Chế tạo đế tản nhiệt cho linh kiện LED công suất 31

2.3 Các phương pháp phân tích 33

2.3.1 Hiển vi điện tử quét 33

2.3.2 Phổ tán xạ Raman 33

2.3.3 Phương pháp nhiễu xạ tia X 34

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36

3.1 Các mẫu chế tạo theo chế độ nhiệt độ đốt đế thấp, công suất plasma cao 36

3.1.1 Hình thái học bề mặt của mẫu chế tạo 36

3.1.2 Kết quả đo phổ tán xạ Raman 37

3.2 Các mẫu chế tạo theo chế độ nhiệt độ đốt đế cao, công suất plasma thấp 38

3.2.1 Hình thái học bề mặt của mẫu chế tạo 38

3.2.2 Kết quả đo phổ tán xạ Raman 42

3.2.3 Kết quả đo giản đồ nhiễu xạ tia X 43

3.3 Đế tản nhiệt kim cương ứng dụng cho LED công suất 44

KẾT LUẬN 48

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CVD Chemical Vapor Deposition Phương pháp lắng đọng pha hơi

hoá họcDLC Diamond Like Carbon Cácbon giả kim cương

HFCVD Hot Filament Chemical

Vapor Deposition

Phương pháp lắng đọng pha hơi

hóa học sử dụng sợi đốtLED Light Emitting Diode Điốt phát quang

MPCVD Microwave Plasma

Chemical Vapor Deposition

Phương pháp lắng đọng pha hơi

hóa học sử dụng plasma cao tầnSEM Scanning Electron

Microscopy

Kính hiển vi điện tử quét

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Trang

Hình 1.1 Sự thay đổi của kỹ thuật đóng gói đèn LED phụ thuộc vào công

suất và vấn đề tản nhiệt của đèn LED

Hình 1.2 Giản đồ sơ lược về cấu tạo của đèn LED

Hình 1.3 Nguyên lý hoạt động của đèn LED

Hình 1.4 Đặc tuyến Von–Ampe của đèn LED

Hình 1.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với bước sóng ánh sáng của đèn LED phát ra

Hình 1.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với cường độ phát sáng của đèn LED phát ra

Hình 1.7 Vai trò của đế tản nhiệt trong kỹ thuật đóng gói linh kiện

Hình 1.8 Các trạng thái lai hóa khác nhau của nguyên tử cácbon a) sp1; b) sp2; c) sp3

Hình 1.9 Ảnh một viên kim cương tự nhiên sau khi chế tác

Hình 1.10 Ô đơn vị của tinh thể kim cương

Hình 1.11 Liên kết mạng của tinh thể kim cương

Hình 1.12 Hạt kim cương tổng hợp được bằng phương pháp CVD

Hình 1.13 Cấu trúc của graphite

Hình 1.14 Sự thay đổi của độ dẫn nhiệt theo tạp chất hiđro có trong màng kim cương nhân tạo

Hình 1.15 Phổ Raman của màng kim cương có độ dẫn nhiệt cao (bên trái) và độ dẫn nhiệt thấp (bên phải)

Hình 1.16 Độ dẫn nhiệt của vật liệu kim cương chế tạo bằng phương pháp MPCVD và phương pháp HFCVD

Hình 1.17 Ảnh mô hình mặt cắt của màng kim cương nhân tạo

Hình 1.18 So sánh hệ số nở nhiệt tương đối của kim cương và các vật liệu khác

Hình 1.19 Giản đồ pha của cácbon

Hình 1.20 Sơ đồ nguyên lý của phương pháp áp suất cao và nhiệt độ cao

Hình 1.21 Sơ đồ nguyên lý của quá trình CVD tạo màng kim cương

Hình 1.22 Sơ đồ nguyên lý của hệ HFCVD

Hình 1.23 Sơ đồ nguyên lý của hệ MPCVD Hình 1.24 Phổ tán xạ Raman của màng cácbon tổng hợp trên đế đồng bằng

phương pháp cấy ion nguồn plasma với các điều kiện thế hiệu

4 5 5 6 6

7 7

8 9 10 10 11 12 13 14

14 15

16 16 17 18 19 20

dịch và nhiệt độ đế khác nhau

Hình 1.25 Ảnh SEM của màng cácbon tổng hợp trên đế đồng được chà xát bề mặt (bên trái) và trên đế đồng được lắng đọng lớp cácbon đệm (bên phải)

Hình 1.26 Phổ tán xạ Raman của cácbon tổng hợp trên đế đồng được chà xát bề mặt (a) và trên đế đồng được lắng đọng lớp cácbon đệm (b)

Hình 1.27 Sơ đồ nguyên lý của đèn LED công suất sử dụng đế tản nhiệt kim cương chế tạo được

Hình 2.1 Ảnh của hệ MPCVD tại Viện Khoa học Vật liệu

Hình 2.2 Quy trình chế tạo màng kim cương trên đế đồng

Hình 2.3 Quy trình chế tạo đế tản nhiệt kim cương trên đế đồng

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý của nhiễu xạ tia X

Hình 3.1 Ảnh SEM chụp bề mặt của màng kim cương tổng hợp trên đế đồng

Hình 3.2 Phổ tán xạ Raman của màng kim cương tổng hợp trên đế đồng

Hình 3.3 Mô hình của các màng kim cương chế tạo trên cùng một đế đồng lớn

Hình 3.4 Ảnh SEM chụp bề mặt của màng kim cương trên đế đồng tại vị trí 1 của mẫu: mặt trên (a) và mặt dưới (b)

Hình 3.5 Ảnh SEM chụp bên cạnh của màng kim cương trên đế đồng tại vị trí 1

Hình 3.6 Ảnh SEM chụp bề mặt của màng kim cương trên đế đồng tại vị trí 2

Hình 3.7 Ảnh SEM chụp bề mặt của màng kim cương trên đế đồng tại vị trí 3

Hình 3.8 Ảnh SEM của màng kim cương tổng hợp trên đế silíc bằng phương pháp MPCVD

Hình 3.9 Phổ tán xạ Raman của màng kim cương trên đế đồng

Hình 3.10 Phổ tán xạ Raman của màng kim cương tổng hợp trên đế silíc

Hình 3.11 Giản đồ nhiễu xạ tia X của màng kim cương trên đế đồng

Hình 3.12 Màng kim cương được gắn kết trên đế đồng bằng keo epoxy bạc dẫn nhiệt

Hình 3.13 Ảnh chụp mẫu kim cương/đồng được phủ một lớp liên kết kim loại Au/Ti

Hình 3.14 Giản đồ của hệ thống tản nhiệt cho chip LED (a) và ảnh chụp chip LED được gắn trên màng kim cương (b)

22

23

23

25 27 29 32 34

36 37 39 39 39 40 41

41 42 43 44 45 45 46

Hình 3.15 Ảnh về sự phát quang của chip bán dẫn InGaN sử dụng đế tản

nhiệt kim cương khi nguồn dòng lần lượt là 100 mA (a) và 350

mA (b) 46

MỞ ĐẦU

Các linh kiện điện tử như laser điốt, đèn LED, chip điện tử, … khi hoạt

động ở công suất sẽ tỏa ra một nhiệt lượng lớn gây ra sự hư hại suy giảm phẩm

chất cho chính các linh kiện này và các thiết bị xung quanh Chính vì lý do nàynên việc nghiên cứu ứng dụng các vật liệu tản nhiệt cho các linh kiện điện tửcông suất đang trở thành một yêu cầu cấp thiết

Kim cương là vật liệu tản nhiệt đầy tiềm năng do các ưu điểm nổi bật sau:

có độ dẫn nhiệt cao gấp 5 lần so với đồng (vật liệu tản nhiệt truyền thống) và làcách điện cách điện (không gây ra sự nhiễu tín hiệu đối với các linh kiện điện tửnhư ở các vật liệu tản nhiệt có tính dẫn điện như đồng, nhôm, )

Mặc dù kim cương tự nhiên có những tính chất ưu việt như vậy nhưng vì

kim cương là một vật liệu rất quý hiếm, có độ cứng cao, khó gia công nên kimcương tự nhiên ít được sử dụng rộng rãi trong các ngành kỹ thuật và công nghệ.Đây là nguyên nhân chính thúc đẩy các nhà khoa học nghiên cứu các phương

pháp tổng hợp kim cương nhân tạo với hiệu suất cao và số lượng lớn

Tính chất cơ, lý, hoá của kim cương nhân tạo không khác nhiều so với

kim cương tự nhiên, tuy nhiên khả năng ứng dụng của kim cương nhân tạo lại

rất lớn và đa dạng Màng kim cương nhân tạo được tổng hợp bằng phương phápCVD có cấu trúc màng mỏng nên dễ tích hợp trong các linh kiện điện tử và cógiá thành rẻ hơn kim cương tự nhiên

Trong thời gian qua, Phòng Vật lý và Công nghệ Linh kiện Điện tử (nay

là Phòng Vật liệu Cácbon nanô) – Viện Khoa học Vật liệu đã triển khai nghiêncứu chế tạo và ứng dụng vật liệu kim cương nhân tạo bằng phương pháp lắng

đọng pha hơi hóa học sử dụng plasma cao tần MPCVD Bước đầu Phòng đã chế

tạo thành công màng kim cương nhân tạo tổng hợp trên đế silíc là màng liên tục,bám dính tốt với đế silíc và có cấu trúc kim cương đa tinh thể và đang triển khainghiên cứu chế tạo màng kim cương nhân tạo trên đế đồng để ứng dụng làm vậtliệu tản nhiệt

Dựa vào những kết quả nghiên cứu chế tạo thành công màng kim cươngnhân tạo trên đế silíc của Viện và những thành tựu của các nhóm nghiên cứutrên thế giới về ứng dụng màng kim cương nhân tạo làm vật liệu tản nhiệt,chúng tôi đặt mục tiêu chế tạo màng kim cương nhân tạo trên đế đồng để ứngdụng làm đế tản nhiệt cho các linh kiện điện tử công suất Do đó tôi chọn hướng

nghiên cứu với nội dung: “Ứng dụng kim cương nhân tạo làm vật liệu tản

nhiệt cho các linh kiện điện tử công suất” là đề tài Luận văn Thạc sỹ.

Mục đích nghiên cứu

– Chế tạo màng kim cương nhân tạo trên đế đồng

– Tối ưu hóa quá trình thực nghiệm chế tạo mẫu

– Khảo sát các tính chất của màng kim cương nhân tạo chế tạo được

– Đánh giá khả năng ứng dụng làm đế tản nhiệt cho các linh kiện điện tử

công suất

Phương pháp nghiên cứu

– Chế tạo màng kim cương nhân tạo trên đế đồng bằng phương pháp

– Khảo sát khả năng tản nhiệt của linh kiện trong trường hợp có và không

có đế tản nhiệt kim cương nhân tạo

Bố cục của luận văn

Nội dung luận văn bao gồm ba phần chính:

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Giới thiệu chung về đế tản nhiệt cho các linh kiện công suất Giới thiệu vềcấu trúc và tính chất dẫn nhiệt của vật liệu kim cương – vật liệu có độ dẫn nhiệtcao nhất trong các loại vật liệu có trong tự nhiên

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM

Trình bày quy trình công nghệ chế tạo màng kim cương trên đế đồng Các

phương pháp nghiên cứu được sử dụng để khảo sát cấu trúc của vật liệu là cácphương pháp SEM, XRD và Raman

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Đánh giá các kết quả đã đạt được, các khó khăn trong quá trình nghiên

cứu và đưa ra các giải pháp mới Nêu lên một số kết quả ban đầu về đo hiệu ứnglinh kiện của đèn LED công suất khi ứng dụng đế tản nhiệt kim cương trên đế

đồng

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN 1.1 Đế tản nhiệt cho linh kiện LED công suất

1.1.1 Vấn đề tản nhiệt của các linh kiện điện tử công suất

Hiện nay các linh kiện điện tử như laser điốt, đèn LED, chip điện tử, …

đã trở nên quen thuộc bởi vô vàn những ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày

Tuy nhiên khi các linh kiện này hoạt động ở công suất cao sẽ có một số khó

khăn sau:

Ví dụ như laser (sự khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức) là mộttrong những thành tựu lớn nhất của vật lý hiện đại trong thế kỷ 20 Mặc dù lasermới được phát minh vào thập niên 60 nhưng đã được ứng dụng rộng rãi trongnhiều lĩnh vực như: quang học ứng dụng, điện tử, cơ khí, công nghệ thông tin, yhọc, và mở ra một kỷ nguyên mới của ngành vật lý cho thế kỷ 21 – kỷ nguyênquang tử Việc ứng dụng laser công suất thấp trong y học như thay thế dao mổtrong phẫu thuật, tạo nguồn năng lượng tiêu diệt tế bào ung thư, … đã mở ra một

hướng ứng dụng mới đầy hứa hẹn trong lĩnh vực công nghệ sinh học Mặt khác,

việc ứng dụng laser công suất trong gia công vật liệu như khoan, cắt, gọt, … đãtrở nên thiết yếu trong nhiều ngành công nghiệp hiện đại đòi hỏi độ chính xác vàhiệu suất cao Tuy nhiên khi ứng dụng laser có công suất cao vào thực tế lại xuấthiện một trở ngại lớn là nó sẽ tỏa ra một lượng nhiệt lớn làm cho ảnh hưởng đến

độ chính xác của thiết bị như chùm sáng phát ra sẽ không còn có độ tập trung

cao làm giảm hiệu suất hoạt động, cũng như làm hư hại thiết bị do sự rạn nứtnhiệt

Hiện nay, đèn LED (điốt phát quang) đang dần thay thế các loại đèn chiếu

sáng thông thường do đặc tính nổi bật là tiết kiệm điện năng (đèn LED công suất

5 W có độ sáng tương đương với bóng đèn công suất 20 W), có hiệu suất phátsáng lên đến gần cả trăm lumens/Watt và tuổi thọ của đèn LED cao hơn khoảng

50 lần so với đèn chiếu sáng thông thường Ngoài ra đèn LED trắng hay đènLED mầu đều có nhiều ứng dụng rộng rãi mà đèn huỳnh quang không làm được

như có thể phát sáng ra nhiều mầu sắc phong phú, hình dạng nhỏ gọn phù hợp

với việc trang trí chiếu sáng cho đèn xe, đèn đường, đèn hầm mỏ, đèn chiếu hậucho màn hình của điện thoại cầm tay, đèn chiếu hậu cho màn hình tinh thể lỏng,

in ấn kỹ thuật số, Tuy nhiên khi ứng dụng đèn LED trắng để có thể chiếusáng, chúng ta phải sử dụng những đèn LED công suất Đối với kích thước nhỏgọn của LED thì lượng nhiệt tỏa ra trên một đơn vị diện tích của đèn LED là rất

lớn nên dễ gây ra sự hư hại phẩm chất và tuổi thọ của đèn LED Do đó riêng chiphí cho sản xuất đế tản nhiệt của đèn LED công suất đã chiếm tới 50 % chí phítoàn bộ để sản xuất một đèn LED thương phẩm [16] Vì vậy đèn LED có côngsuất càng lớn thì kỹ thuật đóng gói đèn LED sẽ càng trở nên phức tạp và có giáthành càng cao (hình 1.1).

Hình 1.1 Sự thay đổi của kỹ thuật đóng gói đèn LED phụ thuộc vào công suất

và vấn đề tản nhiệt của đèn LED [16]

Thông qua các ví dụ trên, chúng ta nhận thấy rằng khi tăng công suất hoạt

động của các linh kiên điện tử để ứng dụng trong cuộc sống, chúng ta sẽ phải

giải quyết một trở ngại lớn; đó là bài toán tản nhiệt cho các linh kiện này Chính

vì lý do đó nên việc nghiên cứu ứng dụng các vật liệu tản nhiệt cho các linh kiện

điện tử công suất đang trở thành một yêu cầu cấp thiết hiện nay

1.1.2 Giới thiệu về linh kiện LED

LED (điốt phát quang) là linh kiện bán dẫn quang có khả năng phát ra ánhsáng khi có hiện tượng tái hợp xảy ra trong chuyển tiếp p – n Ánh sáng do LEDphát ra là ánh sáng không kết hợp, tự phát và đẳng hướng

Về nguyên tắc tất cả các chuyển tiếp p – n đều có khả năng phát ra ánh

sáng khi được phân cực thuận nhưng chỉ có một số loại vật liệu tái hợp trực tiếp

mới cho hiệu suất tái hợp cao Vật liệu chế tạo LED là các nguyên tử nhóm III

và V: GaAs, GaP, GaAsP, … đây là những vật liệu tái hợp trực tiếp

Tuỳ theo vật liệu chế tạo mà ánh sáng bức xạ của LED có thể ở những

vùng bước sóng khác nhau LED bức xạ ra ánh sáng nhìn thấy (LED màu) được

sử dụng trong các hệ thống chiếu sáng hoặc quang báo LED bức xạ hồng ngoại

(LED hồng ngoại) được sử dụng trong hệ thống bảo vệ, sản xuất, thông tinquang, …

Hình 1.2 Giản đồ sơ lược về cấu tạo của đèn LED [1]

Nguyên tắc làm việc của LED

Dựa trên hiệu ứng phát sáng khi có hiện tượng tái hợp điện tử và lỗ trống

ở vùng chuyển tiếp p – n, LED sẽ phát quang khi được phân cực thuận Nghĩa là

biến đổi năng lượng điện thành năng lượng quang (hình 1.3a) Cường độ phátquang tỉ lệ với dòng qua LED

Khi phân cực thuận các hạt tải đa số sẽ ồ ạt di chuyển về phía bán dẫn bên

kia Điện tử từ lớp bán dẫn n sẽ khuếch tán sang lớp p và lỗ trống từ lớp p lại

khuếch tán sang lớp n Trong quá trình di chuyển chúng sẽ tái hợp với nhau vàphát ra các photon (hình 1.3b)

Hình 1.3 Nguyên lý hoạt động của đèn LED [1]

Đặc tuyến Von–Ampe của đèn LED

Đặc tuyến V–A của LED giống như của điốt thông thường Điện áp phân

cực thuận UD: 1,6 – 3 V; điện áp phân cực ngược: 3 – 5 V; dòng ID khoảng vàichục mA

Hình 1.4 Đặc tuyến Von–Ampe của đèn LED [1]

Nồng độ hạt dẫn của lớp p và lớp n rất cao nên điện trở của LED rất nhỏ

Do đó khi mắc LED phải mắc nối tiếp với một điện trở giới hạn dòng để đảm

bảo an toàn

Ảnh hưởng của của nhiệt độ đối với LED

Khi ứng dụng đèn LED có công suất để chiếu sáng, với kích thước nhỏgọn của nó thì lượng nhiệt tỏa ra trên một đơn vị diện tích của đèn LED là rấtlớn nên dễ gây ra sự hư hại phẩm chất và tuổi thọ của đèn LED Nhìn chungLED rất nhạy với nhiệt độ:

Hình 1.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với bước sóng ánh sáng

– Khoảng nhiệt độ làm việc thông thường của LED: – 60oC đến 80oC [1].

– Nhiệt độ càng tăng, bước sóng của LED càng dài (tăng thêm 0,02 ÷ 0,09

m/oC) Hình 1.5 mô tả khi nhiệt độ do đèn LED tỏa ra tăng lên sẽ kéo theo sự

thay đổi màu sắc ánh sáng mà nó phát ra (tương ứng với bước sóng của ánh sáng

Như vậy, để có thể ứng dụng đèn LED công suất cho chiếu sáng, chúng ta

sẽ phải giải quyết bài toán tản nhiệt cho các đèn LED này Vì vậy việc nghiêncứu ứng dụng các đế tản nhiệt cho đèn LED công suất trở thành một yêu cầu bắtbuộc

Đế tản nhiệt cho linh kiện LED

Đế tản nhiệt cho các linh kiện điện tử đóng vai trò như một lớp chuyển

tiếp giữa linh kiện và bộ phận làm mát (hình 1.7) Chức năng cơ bản của đế tảnnhiệt là lấy nhiệt từ linh kiện và nhanh chóng tản nhiệt xuống bề mặt rộng của

bộ phận làm mát để khử lượng nhiệt sinh ra từ linh kiện

Hình 1.7 Vai trò của đế tản nhiệt trong kỹ thuật đóng gói linh kiện

Tản nhiệt

Linh kiện

Đế tản nhiệt

Bộ phận làm mát

Do đó, đế tản nhiệt cần có độ dẫn nhiệt cao để có thể nhanh chóng lấy

nhiệt từ linh kiện Ngoài các tính chất vật lý đó, đế tản nhiệt phải có giá thànhthấp để có thể ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp

Kim cương nhân tạo là vật liệu tản nhiệt đầy tiềm năng do có ưu điểm nổi

bật là độ dẫn nhiệt cao cỡ 2000 W/mK gấp 5 lần so với đồng (loại vật liệu tảnnhiệt truyền thống có độ dẫn nhiệt 380 W/mK) [18] Do đó chúng tôi đã chọnvật liệu kim cương nhân tạo làm đế tản nhiệt cho các linh kiện điện tử công suất

như đèn LED, laser, …

1.2 Vật liệu kim cương

Trong bảng hệ thống tuần hoàn, cácbon là nguyên tố ở vị trí thứ 6, nguyên

tử lượng là 12, có cấu hình điện tử là 1s22s22p2 Do đó nguyên tử cácbon có bốnđiện tử hóa trị Năng lượng liên kết giữa các mức năng lượng cao 2p và mứcnăng lượng thấp 2s là rất nhỏ so với năng lượng liên kết của các liên kết hóa học

[13] Vì vậy các hàm sóng của bốn điện tử hóa trị có thể dễ dàng tự kết hợp hoặckết hợp với các nguyên tử khác Trạng thái ưu tiên cho sự sắp xếp các điện tửgọi là các trạng thái lai hóa Cácbon có ba trạng thái lai hóa sp1, sp2, sp3 tồn tạitrong các dạng vật chất khác nhau (hình 1.8)

a) dạng thẳng b) dạng tam giác c) dạng tứ diện

Hình 1.8 Các trạng thái lai hóa khác nhau của nguyên tử cácbon

a) sp 1 ; b) sp 2 ; c) sp 3 [13]

Trạng thái lai hóa sp1 thẳng hàng (hình 1.8a) được tạo thành như mộtchuỗi dây xích phẳng Mỗi mắt xích là một nguyên tử cácbon Dạng lai hóa này

có thể được tạo ra trong tự nhiên nhưng khó tồn tại ở dạng rắn

Trạng thái lai hóa sp2 (hình 1.8b) là trạng thái liên kết phẳng, trong trạngthái lai hóa này có ba obital sp2 được tạo thành còn lại là một obital 2p Ba obitalđồng phẳng tạo với nhau một góc 120o và tạo thành liên kết σ khi chồng chậpvới các nguyên tố cácbon bên cạnh Obital p cũng tạo ra một liên kết π với cácnguyên tử kế tiếp Trạng thái lai hóa sp2 giữa các nguyên tử cácbon có thể tưởng

tượng giống như một tấm cácbon đơn 2D phẳng Trong đó, góc liên kết tạo bởi

các nguyên tử cácbon là 120o trông giống như một mạng hình tổ ong Mạng này

được gọi là tấm graphene

Trạng thái lai hóa sp3 (hình 1.8c) Trong trạng thái này bốn obital lai hóa

sp3 tương đương nhau được tạo thành định hướng theo các đỉnh của tứ diện đều

quanh một nguyên tử và có thể tạo thành bốn liên kết σ bằng sự chồng chập vớicác obital của các nguyên tử bên cạnh Một ví dụ điển hình là phân tử etan(C2H6), liên kết σ Csp3– Csp3 (C–C) được tạo thành giữa hai nguyên tử cácbonbởi sự chồng chập các orbital sp3 và ba liên kết σ Csp3 – H1s được tạo thành tại

mỗi nguyên tử cácbon Trong tự nhiên trạng thái lai hóa sp3 thường tồn tại trong

cấu trúc kim cương

Cácbon có nhiều dạng thù hình như kim cương, graphite, fullerenes và

ống nano cácbon Trong đó hai dạng thù hình được biết đến rộng rãi nhất trong

tự nhiên là kim cương và graphite, ở đây chúng tôi sẽ giới thiệu chi tiết về cấutrúc của hai dạng thù hình này

1.2.1 Cấu trúc của kim cương

Kim cương là khoáng vật ít được tìm thấy trong thiên nhiên, và là vật liệu

rất quý hiếm Kim cương tự nhiên được hình thành rất sâu trong lòng đất, cáchmặt đất khoảng 150 km, nơi có nhiệt độ và áp suất rất cao (1200 oC, 5 GPa).Trải qua thời gian dài tồn tại trong môi trường nhiệt độ cao và áp suất cao, hạt

kim cương lớn dần lên Kim cương xuất hiện trên mặt đất do những biến đổi địa

chất bên trong vỏ trái đất, hoặc do núi lửa phun trào

Hình 1.9 Ảnh một viên kim cương tự nhiên sau khi chế tác

Về mặt cấu tạo hoá học, kim cương là một trong các dạng tồn tại củacácbon Đây là dạng tinh thể thể hiện rõ nét nhất trạng thái lai hóa sp3 của cácnguyên tử cácbon, tồn tại chủ yếu ở dạng cấu trúc lập phương.

Mỗi nguyên tử cácbon trong mạng kim cương tạo liên kết đồng hoá trị vớibốn nguyên tử xung quanh Do đó năng lượng liên kết giữa các nguyên tử cácbon trong tinh thể là rất lớn nên kim cương rất cứng và bền Mỗi nguyên tử cách

đều bốn nguyên tử khác gần nhất với khoảng cách a 3 / 4, với a = 3.35 Å là

hằng số mạng của kim cương Góc cố định giữa các liên kết đồng hóa trị trongmạng kim cương là 109.5o Ô mạng cơ sở của kim cương tạo thành trên cơ sở ômạng lập phương tâm mặt có thêm bốn nguyên tử bên trong với các toạ độ:[¼ ¼ ¼], [¾ ¾ ¼], [¾ ¼ ¾], [¼ ¾ ¾] (hình 1.10) Chúng ta có thể hình dungbằng cách chia ô mạng lập phương tâm mặt thành tám khối đều nhau và ở tâmcủa bốn khối nhỏ nằm cách nhau có thêm bốn nguyên tử (trên hình 1.10 là cácnguyên tử sáng màu) Cứ bốn nguyên tử cácbon tạo nên khối tứ diện đều Cáckhối sắp xếp chung đỉnh tạo nên mạng kim cương (hình 1.11)

Kim cương có mật độ nguyên tử là 1.77 × 1023 nguyên tử/cm3 và đây

chính là vật liệu có mật độ nguyên tử lớn nhất trong các loại vật liệu đã được

biêt đến [11] Do có sự liên kết chặt chẽ giữa các nguyên tử trong cấu trúc tinh

thể nên kim cương có độ dẫn nhiệt cao nhất trong các các loại vật liệu có trong

tự nhiên Bởi bản chất của sự dẫn nhiệt đơn giản là sự truyền động năng của cáchạt vật chất khi chúng va chạm vào nhau

Hình 1.10 Ô đơn vị của

tinh thể kim cương [13]

Hình 1.11 Liên kết mạng của

tinh thể kim cương [13]

Kim cương rất có giá trị trong ngành trang sức, mỹ nghệ, và trong các

ngành công nghệ cao, kim cương được dùng trong các bộ phận tinh vi, yêu cầucác tính chất lý hoá đặc biệt Mặc dù kim cương tự nhiên có những tính chất ưuviệt như vậy nhưng vì kim cương là một vật liệu rất quý hiếm, có độ cứng cao,

khó gia công nên kim cương tự nhiên ít được sử dụng rộng rãi trong các ngành

kỹ thuật và công nghệ Đây là nguyên nhân chính thúc đẩy các nhà khoa họcnghiên cứu các phương pháp tổng hợp kim cương nhân tạo với hiệu suất cao và

số lượng lớn

Tính chất cơ, lý, hoá của kim cương nhân tạo không khác nhiều so với

kim cương tự nhiên, tuy nhiên khả năng ứng dụng của kim cương nhân tạo lại

rất lớn và đa dạng Bởi vì chỉ bằng cách thay đổi điều kiện công nghệ chế tạo,chúng ta có thể tổng hợp được kim cương ở các dạng cấu trúc và tính chất khácnhau theo mong muốn Hình 1.12 là ảnh của hạt kim cương nhân tạo với kích

thước 4.5 mm được tổng hợp bằng phương pháp CVD có tính chất quang học

không khác gì so với kim cương tự nhiên [2]

Hình 1.12 Hạt kim cương tổng hợp được bằng phương pháp CVD

1.2.2 Cấu trúc của graphite

Dạng thù hình thứ 2 của cácbon được biết đến nhiều trong kĩ thuật làgraphite hay còn gọi là than chì Trong tự nhiên các khoáng chất chứa graphitebao gồm: thạch anh, calcit, mica, thiên thạch chứa sắt và tuamalin

Về mặt cấu trúc, graphite là dạng cácbon vô định hình Cấu trúc graphitegồm nhiều lớp graphene song song với nhau Mỗi lớp graphene gồm các nguyên

tử cácbon có liên kết sp2và được sắp xếp thành mạng lục giác phẳng (hình 1.13).Các lớp mỏng graphite dẻo nhưng không đàn hồi có độ dẫn điện cao dọc theo

phương song song với các lớp Khoảng cách giữa các nguyên tử cácbon trong

cùng một lớp mạng là 1,42 Å Khoảng cách giữa hai lớp mạng liền kề nhau là3,34 Å Liên kết giữa các nguyên tử cácbon trong cùng một mặt phẳng graphene

là liên kết cộng hoá trị rất mạnh, còn liên kết giữa hai lớp graphene thì yếu hơnnhiều và là liên kết VanderWaals

Hình 1.13 Cấu trúc của graphite [12]

Ngoài ra, còn có một dạng thù hình khác của cácbon có cấu hình, trật tự

và liên kết liên quan tới tỷ lệ sp2/sp3, được gọi là cácbon giả kim cương

(Diamond like Carbon – DLC) DLC được coi là dạng cácbon vô định hình cócấu trúc tứ diện bao gồm nhiều liên kết lai hóa sp3 của cácbon (trạng thái lai hóacủa cấu trúc kim cương) Do đó vật liệu DLC có những tính chất lý hóa rất gầnvới vật liệu kim cương

1.2.3 Tính chất dẫn nhiệt của kim cương

Vật liệu kim cương có nhiều tính chất đặc biệt như các tính chất điện,nhiệt, quang và cơ học được liệt kê ở bảng 1.1 Trong khuôn khổ luận văn này,chúng tôi sẽ giới thiệu chi tiết về tính chất dẫn nhiệt của kim cương

Độ dẫn nhiệt của kim cương nhân tạo

Ở nhiệt độ trên khoảng 50 K, kim cương có độ dẫn nhiệt cao nhất trong

các loại vật liệu đã biết (ngoại trừ ống nano cácbon) Ở nhiệt độ phòng, kim

cương có độ dẫn nhiệt κ = 2000 ÷ 2500 Wm–1K–1, gấp 5 đến 6 lần so với độ dẫnnhiệt của đồng [18] Kim cương có tính chất quang học càng kém thì sẽ có độdẫn nhiệt càng kém Quá trình chế tạo quyết định chất lượng của kim cương, nó

có thể thay đổi từ màu đen (tương ứng với κ > 300 Wm–1K–1) tới trong suốt

(tương ứng với κ > 2000 Wm–1K–1) Chất lượng của kim cương nhân tạo thườngcao nhất tương ứng với tốc độ chế tạo thấp nhất nhưng ngoài ra nó còn phụthuộc vào nhiều thông số khác như nhiệt độ đế, áp suất khí, thành phần cấu tạo

và phương pháp chế tạo

Bảng 1.1 Các thông số của kim cương nhân tạo ở nhiệt độ phòng [11]

Tính chất Giá trị trung bìnhKhối lượng riêng

> 200 MPa0,069

0,1 ÷ 0,30,02 ÷ 0,03

Ảnh hưởng của tạp chất

Hình 1.14 cho thấy một ví dụ về sự ảnh hưởng của tạp chất hiđro bị cuốn

vào màng kim cương trong quá trình chế tạo Sự giảm độ dẫn nhiệt theo lượng

tạp chất hiđro là do các tạp chất này ảnh hưởng đến quá trình tán xạ phonon.Ngoài ra các tạp chất khác cũng có sự ảnh hưởng tương tự như hiđro

Hình 1.14 Sự thay đổi của độ dẫn nhiệt theo tạp chất hiđro

có trong màng kim cương nhân tạo [13]

Ảnh hưởng của sự sai hỏng cấu trúc

Pha cácbon không phải là kim cương có ảnh hưởng lớn tới các tính chấtnhiệt, cơ và quang học của màng kim cương nhân tạo, đặc biệt nó dễ dàng đượcnhận biết bởi phổ tán xạ Raman Điển hình là vạch phổ rộng của pha cácbonkhông phải là kim cương được quan sát ở 1560 cm–1, cạnh vạch phổ đặc trưngcủa kim cương 1332 cm–1 được cho thấy ở hình 1.15 [13] Phổ Raman này mô tả

các ví dụ về vật liệu có độ dẫn nhiệt cao (~ 2000 Wm–1K–1) và vật liệu có độ dẫnnhiệt thấp (~ 1000 Wm–1K–1)

Hình 1.15 Phổ Raman của màng kim cương có độ dẫn nhiệt cao (bên trái)

và độ dẫn nhiệt thấp (bên phải) [13]

Ảnh hưởng của phương pháp chế tạo

Hình 1.16 Độ dẫn nhiệt của vật liệu kim cương chế tạo

bằng phương pháp MPCVD và phương pháp HFCVD [13]

Morelli và các cộng sự đã đo đạc và so sánh độ dẫn nhiệt của kim cươngchế tạo bằng phương pháp MPCVD với phương pháp HFCVD [13] Các kết quảcho thấy vật liệu kim cương chế tạo bằng phương pháp MPCVD có độ dẫn nhiệt

cao hơn so với chế tạo bằng phương pháp HFCVD (hình 1.16)

Sự dẫn nhiệt trong màng kim cương là không đẳng hướng Theo trục–Z,

sự dẫn nhiệt là cao hơn 20% so với theo các hướng trong mặt phẳng do có sựhình thành các hình trụ theo định hướng của quá trình chế tạo (hình 1.17) Để

ứng dụng làm vật liệu tản nhiệt, màng kim cương phải có độ dẫn nhiệt trong

khoảng 800 ÷ 1000 Wm–1K–1 Màng kim cương nhân tạo có độ dẫn nhiệt cao

hơn đồng nghĩa với việc có giá thành sản xuất cao hơn và khó ứng dụng trong

công nghiệp và thực tế hơn

Hình 1.17 Ảnh mô hình mặt cắt của màng kim cương nhân tạo [13]

Ngoài ra độ dẫn nhiệt của kim cương còn phụ thuộc vào biên hạt Ở nhiệt

độ thấp, quãng đường tự do trung bình của phonon trong cấu trúc đa tinh thể lớnhơn từ 4 đến 10 lần kích thước hạt Trên 500 K, quãng đường tự do trung bình

của phonon là nhỏ hơn kích thước hạt và độ dẫn nhiệt không thay đổi nhiều theonhiệt độ Theo tính toán lí thuyết, độ dẫn nhiệt của kim cương là một hàm củanhiệt độ (trong khoảng nhiệt độ 300 ÷ 1200 K) [18]:

Màng kim cương

Đế

Hình 1.18 So sánh hệ số nở nhiệt tương đối của kim cương

và các vật liệu khác [13]

1.3 Công nghệ chế tạo màng kim cương nhân tạo

Kim cương là loại vật liệu được biết đến từ lâu bởi những tính chất đặc

biệt của nó Do kim cương tự nhiên là một vật liệu quý hiếm có giá thành caonên lý do này đã cản trở nhiều ứng dụng của kim cương trong thực tế Chính vìvậy, từ giữa thế kỷ 20, các nhóm nghiên cứu trên thế giới đã cố gắng nghiên cứuchế tạo vật liệu kim cương nhân tạo từ các hợp chất chứa cácbon Hình 1.19 chothấy giản đồ pha đơn giản của cácbon

Hình 1.19 Giản đồ pha của cácbon [12]

1.3.1 Phương pháp áp suất cao và nhiệt độ cao

Phương pháp phương pháp áp suất cao và nhiệt độ cao (High Pressure and

High Temperature) là phương pháp chế tạo kim cương nhân tạo ở điều kiện ápsuất cao ~ 4.5 GPa và nhiệt độ rất cao ~ 2500 oC (hình 1.20) Trải qua thời giandài tồn tại trong môi trường nhiệt độ cao và áp suất cao, hạt kim cương lớn dầnlên Giản đồ pha của cácbon (hình 1.19) cho thấy ở điều kiện này, dạng thù hình

cácbon thu được là kim cương có trạng thái bền nhiệt động học so với các dạng

thù hình khác Năm 1955, lần đầu tiên hãng General Electric đã thành côngtrong quy trình chế tạo kim cương nhân tạo bằng phương pháp áp suất cao vànhiệt độ cao Tuy nhiên phương pháp này chỉ tạo được kim cương dạng bột và

có kích thước không quá 100m [12]

Hình 1.20 Sơ đồ nguyên lý của phương pháp áp suất cao và nhiệt độ cao [12]

1.3.2 Phương pháp lắng đọng pha hơi hóa học

Ở chế độ áp suất thấp, graphite là dạng thù hình ổn định của cácbon Ởđiều kiện áp suất thấp và nhiệt độ cao, kim cương được chế tạo sẽ trở thành

trạng thái giả bền Do đó để thu được kim cương chất lượng tốt, chúng ta phải sửdụng môi trường hóa học có thể loại bỏ được pha graphite trong quá trình chếtạo Chính vì vậy, phương pháp chế tạo kim cương nhân tạo từ nguồn hợp chấtchứa cácbon được đề cập đến ở đây chính là phương pháp lắng đọng pha hơi hóahọc (Chemical Vapor Deposition − CVD)

Các phương pháp CVD thông thường để chế tạo kim cương nhân tạo (hình

1.21): đều sử dụng hỗn hợp khí CH4/H2 (trong đó CH4 đóng vai trò là nguồn

cung cấp cácbon, H2 đóng vai trò là môi trường hóa học có thể loại bỏ được pha

graphite trong quá trình chế tạo) và nhiệt độ đế trong khoảng 500 ÷ 1200 oC(thấp hơn nhiều so với phương pháp áp suất cao, nhiệt độ cao).

Hình 1.21 Sơ đồ nguyên lý của quá trình CVD tạo màng kim cương [12]

Có 2 phương pháp CVD chính được sử dụng để chế tạo màng kim cương

nhân tạo:

– Phương pháp lắng đọng pha hơi hóa học sử dụng sợi đốt (HFCVD)

Các chất khí tiền chất CH4, H2 được cung cấp cho buồng phản ứng sẽđược hoạt hóa khi đi qua sợi đốt thường được làm bằng kim loại Ta (hình 1.22)

Sợi đốt được đốt nóng đến khoảng 2000oC 2300oC làm phân huỷ các phân tử

khí hiđro cácbon ở vùng không gian xung quanh dây, tạo nên các nguyên tử tự

do cácbon ở trạng thái năng lượng cao trước khi lắng đọng lên đế Màng kim

cương được lắng đọng trên đế có nhiệt độ ~ 900 oC nằm cách sợi đốt khoảng 5

mm Các khí thải sẽ được bơm ra khỏi buồng

Ưu điểm chính của phương pháp này là tương đối đơn giản và có giáthành không cao Tuy nhiên phương pháp này lại có ba hạn chế:

(i) Diện tích tạo màng nhỏ cỡ 1 cm2,

(ii) Trong quá trình chế tạo nhiệt độ cao, vật liệu của sợi đốt có thể bốc

bay và ảnh hưởng đến quá trình tạo màng,(iii) Các chất khí sử dụng trong quá trình chế tạo có thể gây oxy hóa và

ăn mòn sợi đốt làm hư hại thiết bị

Hình 1.22 Sơ đồ nguyên lý của hệ HFCVD

– Phương pháp lắng đọng pha hơi hóa học sử dụng plasma cao tần (MPCVD)

Nguyên lý hoạt động của phương pháp được minh họa trên hình 1.23 Đế

được đặt trên một nguồn nhiệt ở vị trí mà plasma sẽ hình thành Các thông số kỹ

thuật như áp suất, hỗn hợp khí, nhiệt độ đế và công suất plasma trong quá trìnhchế tạo sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng màng kim cương tạo thành Đầuphát cao tần tạo ra trường điện từ tần số rất cao 2.45 GHz, qua ống dẫn sóngtruyền đến buồng phản ứng Các phân tử H2, CH4 trong buồng dưới tác dụng của

trường điện từ nhận năng lượng và dao động, va chạm dẫn đến bị phân huỷ

thành các tiền chất ban đầu (H+, CH3+, C ) tạo thành vùng plasma Trong môi

trường plasma, các tiền chất lắng đọng hoá học lên đế tạo thành màng kimcương

Mặc dù phương pháp MPCVD phức tạp và có giá thành cao hơn phương

pháp HFCVD nhưng MPCVD lại là phương pháp được ứng dụng rộng rãi trong

chế tạo màng kim cương nhân tạo Bởi phương pháp MPCVD không cần sửdụng sợi đốt ở nhiệt độ cao nên thiết bị không thể bị oxy hóa bởi các chất khíkhi chế tạo mẫu Đồng thời màng kim cương chế tạo sẽ không bị nhiễm bẩn nên

màng kim cương chế tạo bởi phương pháp MPCVD thường có độ sạch cao hơnphương pháp HFCVD

Trong luận văn này, chúng tôi sử dụng phương pháp MPCVD để chế tạo

màng kim cương có chất lượng cao Như đã nêu ở phần trên, màng kim cương

chế tạo có chất lượng càng cao thì có tính chất dẫn nhiệt càng tốt Ngoài ra màng

kim cương nhân tạo còn có cấu trúc dạng màng nên dễ tích hợp trong các linh

kiện điện tử Vì vậy, chúng tôi đặt mục tiêu chế tạo màng kim cương nhân tạo

Ống dẫn hỗn hợp khí vào

Đế Sợi đốt

Bộ gia nhiệt

Bơm chân không

trên đế đồng bằng phương pháp MPCVD để ứng dụng làm đế tản nhiệt cho linh

kiện LED công suất

Hình 1.23 Sơ đồ nguyên lý của hệ MPCVD

1.4 Màng kim cương nhân tạo trên đế đồng

Các màng kim cương được tổng hợp trên đế kim cương sẽ có chất lượngtốt và tốc độ mọc màng nhanh [12] Tuy nhiên vì lý do giá thành nên các màng

kim cương thường được tổng hợp trên các loại đế không phải là vật liệu kimcương Vật liệu đế để tổng hợp màng kim cương nhân tạo được chia làm 3 loại

[14]:

(i) Vật liệu định hình được hợp chất của cácbon: Si, SiC, Cr, Ti, W

(ii) Vật liệu hòa tan được cácbon: thép, Fe, …

(iii) Vật liệu không hòa tan được cácbon: Cu, Au, …

Quá trình tổng hợp màng kim cương trên đế silíc là đơn giản và thuận lợi

vì silíc là loại vật liệu tương thích tốt nhất đối với quá trình tạo màng kim

cương Tuy nhiên, silíc không phải là loại vật liệu có độ dẫn nhiệt cao Để có thểứng dụng màng kim cương nhân tạo làm đế tản nhiệt, chúng tôi quyết định chế

tạo màng kim cương nhân tạo trên đế đồng (loại vật liệu dẫn nhiệt truyền thống)

Nhìn chung, việc chế tạo màng kim cương trên đế đồng có những ưu điểm

Plasma

Nơi gá mẫu

Lồng chắn Faraday Chuông Silíca Hỗn hợp khí Vào (CH 4 + H 2 ) Bơm chân không