微型光谱仪在金刚石生成过程中氮气泄露监测中的应用

一、背景

       在金刚石生成过程中，氮气泄漏会对金刚石的生长质量和特性产生显著影响。氮气的加入可以提高生长速率和改善表面质量，但同时也会导致金刚石的结晶质量下降。高浓度的氮气会导致石墨相的形成，降低金刚石的纯度和质量，另外氮气的引入也会导致单晶金刚石内部产生压应力，随着氮气浓度的增加，这种压应力也会增加，这种应力的变化可能会影响金刚石的机械性能和稳定性。因此，氮气泄漏在金刚石生成过程中需要严格控制，以确保金刚石的质量和性能满足工业应用的需求。

二、应用概述

       光纤光谱仪在金刚石生产过程中，尤其是在检测氮气泄漏方面发挥着重要作用。光纤光谱仪可以实时监测化学气相沉积（CVD）过程中的金刚石沉积。通过将光纤探头固定在CVD设备的石英观察窗口上，可以精确地采集等离子体在沉积台不同位置的光谱信号。这种方法能够实时检测CVD金刚石沉积的稳定性和有效沉积面积，从而及时发现氮气泄漏对沉积过程的影响。通过分析等离子体的光谱信号，可以识别出特征峰，并利用这些特征峰的强度来判断CVD金刚石沉积过程的稳定性。如果检测到异常的光谱信号，可能表明有氮气泄漏。

       综上所述，光纤光谱仪在金刚石生产过程中，特别是在氮气泄漏检测方面，提供了一种实时、高精度的监测手段，有助于提高金刚石的生长质量和产量。通过这种方法，可以及时发现并解决氮气泄漏问题，确保金刚石生产的质量和效率。

图1

       实验过程中，将光纤探头固定在CVD设备的石英观察窗口上，可以精确地采集等离子体在沉积台不同位置的光谱信号，如图2所示。

图2：测试金刚石合成过程中氮气泄露实验装置

三、实验装置

       典型配置如下：

四、结语

       光纤光谱仪能够即时检测氮气浓度变化，准确识别微小泄露，还可以远程监测，避免人员暴露于危险环境，同时这种非侵入性监测，不影响合成过程，避免金刚石生长环境被污染。