MWPECVD

Diamond Film Growth by MWPECVD Techique

(MicroWave Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)

Chemical vapor deposition (CVD) processes assisted by plasmas, commonly known as plasma assisted CVD (PACVD) or plasma enhanced CVD (PECVD), are versatile in the production of materials with properties needful for the high-tech industries as microelectronic, optoelectronic, photovoltaic, biomaterials, food packaging, automobile, sensors. By choosing the right volatile monomers, also mixed with inert gases (Ar, He, etc.), and gases like H2, O2, N2, it is possible to deposit thin film having unique and reliable electrical, chemical and structural properties, on any vacuum compatible substrates.

In this research activity, undoped nanocrystalline (NCD) and polycrystalline diamond (PCD) films are deposited by microwave PECVD (MWPECVD) technique starting from gas mixtures of CH4 highly diluted (less than 5%) in Ar and H2, respectively.

The diamond has superior and unique physical properties such as extreme mechanical hardness, highest known thermal conductivity, broad optical transparency from the deep UV to the far IR radiations and chemical inertness to cite just a few. The last two and half decades have witnessed an increasing interest in synthetic NCD and PCD growth in film form by employing MWPECVD (see below) and HFCVD (Hot Filament CVD) techniques. The deposition process is in-situ monitored by Pyrometric (PI) and Laser Reflectance (LRI) Interferometries, and by Optical Emission Spectroscopy (OES).

For details see refs. [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]

mwpecvd_pl

Moreover, the active species produced in plasmas can modify the surface of materials preserving their bulk properties. Specifically, the H2 microwave plasma is used to hydrogenate the surface of diamond or diamond powder because the hydrogen coverage turns the positive electron affinity (PEA) in negative one (NEA). The NEA is responsible for the strong enhancement of photoemission when utilized as emitters.

 

NCD and PCD films are characterized by Raman spectroscopy, atomic force (AFM) and scanning electron (SEM) microscopies, and x-ray diffraction (XRD).

SEMmicroscopieS

Facilities & Labs

MWPECVD Laboratory @ Bari

People

Foto_GraziaCicala2Grazia

Cicala

CNR Senior Researcher

?Luciano

Velardi

Associate PostDoc

Publications

  1. G. S. Senesi, G. Cicala, Morphological characterization of diamond coatings grown by MWPECVD on hexagonal boron nitride, International Journal of Engineering Research & Science 1 9-19 (2015) ISSN: 2395-6992.
  2. G. Cicala, V. Magaletti, G.S. Senesi, G. Carbone, D. Altamura, C. Giannini, R. Bartali, Superior hardness and Young’s modulus of low temperature nanocrystalline diamond coatings, Mater Chem Phys, 144, 505-511, (2014) ISSN: 0254-0584; doi: 10.1016/j.matchemphys.2014.01.027.
  3. G. Cicala, V. Magaletti, G. S. Senesi, M. Tamborra, Smoothness improvement of micrometer and submicrometer-thick nanocrystalline diamond films produced by MWPECVD, J. Nanopart. Res., 15, 1549 (14pp), (2013) ISSN: 1388-0764; DOI 10.1007/s11051-013-1549-x.
  4. G. Cicala, Deposition of carbon based-materials by continuous and pulsed discharges, Surface Engineering, 28, 141-148, (2012) ISSN: 0267-0844; DOI 10.1179/1743294411Y.0000000080.
  5. G. Cicala, D. Monéger, D. Cornacchia, P.Pesce, V. Magaletti, G. Perna, V. Capozzi, M. Tamborra, Toward smooth MWPECVD diamond films: exploring the limits of the hydrogen percentage in Ar/H2/CH4 gas mixture, Surface & Coatings Technology 211 152-157 (2012) ISSN: 0257-8972; doi: 10.1016/j.surfcoat.2011.09.065.
  6. A. Gicquel, N. Derkaoui, C. Rond, F. Benedic, G. Cicala, D. Moneger, K. Hassouni, Quantitative analysis of diamond deposition reactor efficiency, Chemical Physics, 398, 239-247, (2012) ISSN: 0301-0104; doi: 10.1016/j.chemphys.2011.08.022.
  7. M. A. Nitti, G.Cicala, R.Brescia, A.Romeo, J.B.Guion, G. Perna, V.Capozzi, Mechanical Properties of MWPECVD Diamond Coatings on Si Substrate via Nanoindentation, Diamond and Related Materials, 20, 221-226, (2011) ISSN: 0925-9635; doi: 10.1016/j.diamond.2010.12.002.
  8. G. Cicala, R. Brescia, M.A. Nitti, A. Romeo, D. Altamura, C. Giannini, M. Capitelli, P. Spinelli, S. Schutzmann, Study of polycrystalline diamond deposition by continuous and pulsed discharges, Surface & Coatings Technology 204, 1884-1888, (2010) ISSN: 0257-8972; doi:10.1016/j.surfcoat.2009.09.001.
  9. G. Cicala, P. Bruno, F. Bénédic, F. Silva, K. Hassouni, G.S.Senesi, Nucleation, growth and characterization of nanocrystalline diamond films, Diamond Relat.Mater. 14, 421- 425, (2005) ISSN: 0925-9635; doi: 10.1016/j.diamond.2004.12.025.
  10. P. Bruno, F. Bénédic, A. Tallaire, F. J. Oliveira, M.S. Amaral, A. J. Fernandes, G. Cicala and R.F. Silva, Deposition of nanocrystalline diamond films on silicon nitride ceramic substrates using pulsed microwave discharges in Ar/H2/CH4 gas mixture” Diamond Rel. Mater. 14, 432-436, (2005) ISSN: 0925-9635; doi: 10.1016/j.diamond.2004.10.023.

Patents

1a. A. Valentini, D. Melisi, G. De Pascali, G. Cicala, L. Velardi, A. Massaro, High-efficiency nanodiamond-based ultraviolet photocathodes, 2016 (Patent n. WO 2017/051318). 

ABSTRACT

Method for the production of high efficiency photocathodes for ultraviolet based on nanodiamonds, comprising providing a support (10; 20, 21) capable of conducting electrons, and producing a photosensitive layer of nanodiamonds (30) on the support (10; 20, 21).

Production of the photosensitive layer includes providing nanodiamond particles in the form of powder, hydrogenating the nanoparticles in a H2 plasma, preparing a dispersion of the hydrogenated particles in a solvent, and spraying the dispersion onto the support and waiting for the solvent to evaporate from the support, the spray and waiting cycle being repeated several times in order to obtain a continuous photosensitive layer.

Projects

Progetto Partenariati Regionali per l’Innovazione – PUGLIA Fesr (2007-2013)
Development of a diamond film detector for ultraviolet radiation, Progetto Strategico ATS PS_136 of Regione Puglia, Italy (2007-2010)
APULIA SPACE: Esperti nell’uso di tecnologia abilitanti nel settore dello spazio,  PON03PE_00067_6, (2014-2016)

Latest News

DIAGNOSTICS OF BRAIN DISEASES VIA STEM CELLS

 01 luglio 2019 - ore 14:15

 

Cnr Nanotec Lecce

 

Realizzato nell'ambito delle attività del progetto "TecnoMed Puglia - Tecnopolo per la medicina di precisione", il meeting è dedicato allo studio delle malattie neurodegenerative: dai nuovi biomarcatori alle piu recenti modellizzazioni, per una migliore comprensione dei meccanismi di base e quindi per lo sviluppo di terapie sempre più ritagliate sul singolo paziente.

EIT RawMaterials Roadshow

21 giugno 2019 ore 09:00 – 15:00

   

Lecce, Aula Fermi Edificio Aldo Romano, Campus Ekotecne, Via Lecce-Monteroni

   

Farà tappa a Lecce il prossimo 21 giugno, presso l’Aula Fermi dell’edificio IBIL all’interno del Campus Ecotekne, l’EIT RawMaterials, la piattaforma per il sostegno all’innovazione finanziata dall’Istituto Europeo di Innovazione e Tecnologia (EIT).

   

L’EIT ha creato le cosiddette KIC – Knowledge Innovation Community, comunità che mirano alla promozione dell’innovazione e della formazione in Europa in settori cruciali, sostenendo l’imprenditorialità e favorendo il passaggio di nuove idee dalla fase di incubazione al mercato.

 

La EIT RawMaterials si impegna ad affrontare la sfida globale dell’approvvigionamento delle materie prime in Europa attraverso programmi e progetti che mirano allo sviluppo di tecnologia nell’intera catena di valore delle materie prime: dall’esplorazione delle risorse, all’industria mineraria, dai processi metallurgici alla sostituzione delle materie prime critiche o tossiche, dal riciclo dei materiali dei prodotti a fine vita sino alla progettazione di prodotti per l’economia circolare. Nell’ambito dei programmi di sviluppo a livello regionale, la EIT RawMaterials ha creato un Hub nella Regione Puglia coordinato da ENEA, al fine di incrementare il coinvolgimento degli ecosistemi locali nelle attività della KIC e del suo partenariato.

 

Il MedinHub avrà inoltre l’obiettivo di raggiungere nuove organizzazioni e promuovere la partecipazione delle industrie e delle PMI più innovative, nonché il coinvolgimento delle prestigiose università e centri di ricerca dell’area.

 

Link per la registrazione:

https://www.lyyti.in/EIT_RawMaterials_Roadshow__Lecce_9500

NanoInnovation 2019

Il Cnr Nanotec è tra i protagonisti di “NanoInnovation 2019", la manifestazione organizzata dall’Associazione italiana per la ricerca industriale (Airi) e dall’Associazione Nanoitaly, ospitata a Roma dall’11 al 14 giugno. Rivolta a ricercatori, imprenditori, industrie, enti di ricerca, NanoInnovation 2019 si propone come la più importante conferenza sulle nanotecnologie e le tecnologie abilitanti in Italia.

 

Il programma dettagliato dell’evento è disponibile al linkhttp://www.nanoinnovation2019.eu/

Tra i partecipanti del Cnr Nanotec:

- Clara Guido, “Non-viral gene delivery using polymeric NPs”;

- LucaLEUZZI, “Overview del progetto ATOM”;

- AlessiaCEDOLA, “La tomografia X e le sue applicazione: dai beni culturali all'industria elettronica”;

- FrancescoMATTEUCCI, “Nanodispositivi per il fotovoltaico integrato”;

- Giuseppe Valerio Bianco, “Chemical strategies to improve CVD graphene’s functionalities in technological applications”