Mechanical Reconstruction of an Industrial 915MHz Microwave Cavity Plasma Reactor System for Chemical Vapor Deposition Diamond Processes
- Art: Diplomarbeit
- Autor: Jörg Fricke
- Abgabedatum: November 2003
- Umfang: 112 Seiten
- Dateigröße: 1,7 MB
- Note: 1,0
- Institution / Hochschule: Technische Fachhochschule Wildau Deutschland
- ISBN (eBook): 978-3-8324-7588-8
-
ISBN (Paperback) :
978-3-8324-7588-8 P - ISBN (CD) :978-3-8324-7588-8 CD
- Sprache: Englisch
- Prämierung:
- Arbeit zitieren: Fricke, Jörg November 2003: Mechanical Reconstruction of an Industrial 915MHz Microwave Cavity Plasma Reactor System for Chemical Vapor Deposition Diamond Processes, Hamburg: Diplomica Verlag
- Schlagworte: Anlagenbau, CVD, Diamantsynthese, Gassystem, Mirkowellenreaktor
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Diplomarbeit von Jörg Fricke
Zusammenfassung:
Synthetische Diamanten sind in Industrie und Wissenschaft sehr attraktiv, schaffen sie doch den Kompromiss zwischen einzigartigen Materialeigenschaften und geringen Anschaffungskosten. Mit der Verfeinerung von geeigneten CVD-Methoden und der intensiven Entwicklung von Reaktoren und Anlagen konnten die Herstellungskosten weiter gesenkt und vor allem enorme Fortschritte bei den möglichen Anwendungen und Abmessungen erzielt werden.
Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit dem Wiederaufbau und der Integration einer unbekannten industriellen 915MHz MCPR-Anlage (microwave cavity plasma reactor), für die Herstellung von CVD-Diamanten. Dabei wird umfangreich über den Stand der Technik bei relevanten CVD-Reaktoren, Anwendungsmöglichkeiten, Synthese und Materialeigenschaften von synthetischen Diamanten eingegangen. Weiterhin wird der Aufbau und die Wirkungsweise der MCPR-Reaktoranlage beschrieben.
Neben der Analyse der Ausgangsbedingungen wird auf die Umsetzung der Teilprobleme wie den Wiederaufbau des Mikrowellensystems, Vakuumanlage, Prozessgassystem und das Wasserkühlsystem eingegangen, wobei spezifische Probleme (Design, Funktion, Fehler, notwendige Änderungen) analysiert und Lösungen besprochen werden. Dabei werden Dimensionierungen von Kühlleistungen, Gasbedarfe (Prozessgase) und Einstellungen bei unbekannten Systemeigenschaften beschrieben. Weiterhin werden Dimensionierung und Auswahl von einem Kühlaggregat und Gaskühlströmen, die Konstruktion und Dimensionierung einer Hebevorrichtung und Kammergrößenskala und adäquate Systemparameterwahl erläutert, wobei auf jeweilige (un-) bekannte Randbedingungen eingegangen werden. Mit der Entscheidung von geeigneten Methoden (Helium-Leck-Test, Mikrowellenstrahlung u.a.) wurden die Teilsysteme auf Funktion und Sicherheit überprüft. Mit geeigneten Berechnungen konnten notwendige Reinheiten im Vakuumbereich (Leckratenbeurteilung, Prozessgaswechsel) erwiesen werden.
Abschließend werden Funktionstests und Auswirkungen auf den gewählten Aufbau der Anlage beschrieben und Ausblicke für weitere Modifikationen und Verbesserungen gemacht.
Die Arbeit zeigt mit 29 Abbildungen, 10 Tabellen und 24 Anlagen (Skizzen, Tabellen, u.a.) unterschiedliche Problemlösungen beim Wiederaufbau der Reaktoranlage.
Table of Contents:
| Assignment (Aufgabenstellung) | ii | |
| Bibliographical Delineation (Bibliographische Beschreibung und Referat) | iii | |
| Declaration (Selbständigkeitserklärung) | iv | |
| List of Symbols and Abbreviations | 1 | |
| 1. | Introduction | 3 |
| 2. | Diamonds and Chemical Vapor Deposition | 5 |
| 2.1 | Morphology and Properties of Diamond | 5 |
| 2.2 | Overview of Diamond Applications | 7 |
| 2.3 | Chemical Vapor Deposition of Diamonds | 8 |
| 2.4 | Methods for CVD-Diamond Production | 11 |
| 3. | Microwave Cavity Plasma Reactor 915MHz System | 14 |
| 3.1 | Introduction | 14 |
| 3.2 | General Structure | 15 |
| 3.3 | MCPR Subsystems and Operation Breakdown | 15 |
| 3.3.1 | The Microwave Cavity Reactor | 15 |
| 3.3.2 | Microwave Power Supply and Waveguide-Transmission Subsystem | 17 |
| 3.3.3 | Gas Flow Control and Vacuum Pump Subsystem | 18 |
| 3.3.4 | The Computer Monitoring and Control Subsystem | 19 |
| 4. | System Analysis and Rebuild Planning | 20 |
| 4.1 | System Inventory | 20 |
| 4.2 | Rebuild Procedure | 22 |
| 5. | Mechanical Setup and Function Control | 25 |
| 5.1 | Maintenance and Match of the Microwave System | 25 |
| 5.1.1 | Microwave Components Condition Control | 25 |
| 5.1.2 | Applicator Mount and Lifting Rig | 26 |
| 5.1.3 | Applicator Purge Modification | 29 |
| 5.1.4 | Applicator Adjustments and Reading Device | 30 |
| 5.1.5 | Microwave Component Check and Leak Test | 32 |
| 5.2 | Design, Reconstruction and Modifications of the Gas System | 33 |
| 5.2.1 | Process Gas Breakdown and Source Choice | 33 |
| 5.2.2 | Source Gas Dimensioning | 34 |
| 5.2.3 | General Gas System Structure Design | 36 |
| 5.2.4 | Source Line Design and Safety Precautions | 38 |
| 5.2.5 | Exhaust and Applicator Purge Cycles and Adjustments | 39 |
| 5.2.6 | Source Cylinder Exchange Procedures | 41 |
| 5.3 | Vacuum System Set Up | 42 |
| 5.3.1 | Chamber Dome Structure and System Preparation | 42 |
| 5.3.2 | Vacuum System Leak Test | 43 |
| 5.3.3 | Calculation and Evaluation of the Vacuum System Leak | 45 |
| 5.4 | Design and Reconstruction of the Water Cooling System | 47 |
| 5.4.1 | Water System Condition Control and Base Plate Ring Maintenance | 47 |
| 5.4.2 | Applicator Purge Heat Exchanger Evaluation | 49 |
| 5.4.3 | Chiller Dimensioning and Choice | 50 |
| 5.4.4 | Water Cooling System Adjustments and Monitoring | 51 |
| 6. | MCPR 915MHz Handling and First Deposition Run | 54 |
| 7. | Prospects and Improvements | 56 |
| 7.1 | General Terms | 56 |
| 7.2 | Mass Flow Controlled Exhaust Purge | 56 |
| 7.3 | Diffusion Pump for Vacuum Purity | 57 |
| 7.4 | Temperature and Temperature Distribution at the Quartz Bell Jar | 58 |
| 7.5 | System Necessity for Nano–Crystalline Diamond Deposition | 58 |
| 7.6 | Decision on the Cooling Medium for the Applicator Purge | 59 |
| 8. | Conclusion | 60 |
| Bibliography | 62 | |
| List of Figures | 64 | |
| List of Tables | 66 | |
| List of Appendixes | 67 | |
| Appendix | 67 |
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Link zur Arbeit:
http://www.diplom.de/ean/9783832475888
Arbeit zitieren:
Fricke, Jörg November 2003: Mechanical Reconstruction of an Industrial 915MHz Microwave Cavity Plasma Reactor System for Chemical Vapor Deposition Diamond Processes, Hamburg: Diplomica Verlag
Schlagworte:
Anlagenbau, CVD, Diamantsynthese, Gassystem, Mirkowellenreaktor
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