Estudio computacional de un Reactor de Deposición Química en fase de vapor asistido por microondas excitado en el modo axialmente simétrico TM013, para la deposición de Diamante

Abstract

El diamante posee diversas propiedades, tales como alta dureza, elevada resistencia al desgaste, alta conductividad térmica, transparencia en el rango infrarrojo, inercia química y excelentes características semiconductoras. Por estas razones, resulta de gran interés para la fabricación de materiales destinados a múltiples industrias. Los reactores para la deposición química en fase de vapor asistida por microondas (MWCVD) comúnmente utilizan cavidades resonantes para descomponer precursores como el metano y el hidrógeno molecular, suministrando cantidades suficientes de hidrógeno atómico y átomos de carbono, lo que permite la formación de estructuras de diamante monocristalinas (SCD) y policristalinas (PCD) de alta pureza y con elevadas tasas de crecimiento, en función de las exigencias industriales. En este trabajo se emplea la metodología propuesta por François Silva para diseñar y optimizar un reactor MWCVD operando en el modo TM013, utilizando el software COMSOL Multiphysics, que permite acoplar eficientemente los módulos de plasma, radiofrecuencia (RF) y transferencia de calor. Los resultados se presentan en dos etapas. En la primera, se analiza la distribución inicial del campo eléctrico en el modo TM013 en ausencia de plasma, lo cual permite identificar las zonas de activación. En la segunda etapa, se simula la generación de plasma de hidrógeno a partir de la interacción del gas H2 con el campo de microondas excitado en dicho modo. El proceso de activación del plasma se describe en detalle mediante gráficos que muestran la evolución temporal de la densidad electrónica, la densidad de hidrógeno y sus respectivas temperaturas hasta alcanzar el estado estacionario. Adicionalmente, se examina la influencia de la presión sobre la concentración y temperatura tanto de los electrones como del gas.