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

I° meeting TecnoMed Puglia

Lecce, 05 dicembre 2019 - Aula Rita Levi Montalcini - CNR NANOTEC Lecce

Si terrà domani, giovedì 05 dicembre, con inizio alle ore 14.00 presso l'aula Rita Levi Montalcini del Cnr Nanotec, il "I° meeting TecnoMed Puglia: Tecnopolo per la medicina di precisione". Il meeting mira a fare il punto sulle attività programmate, sullo stato di avanzamento e sugli highlights.

Puoi scaricare la locandina da qui

Jam session Nanotec... note di scienza su scala nanometrica

Lecce, 27 settembre 2019 - ex monastero degli Olivetani "CAR-T: l'alba di una nuova era"  con: Attilio Guarini (IRCCS Istituto Tumori “Giovanni Paolo II” di Bari)  introduce e modera: Marco Ferrazzoli (Ufficio Stampa CNR Roma) a cura di: Gabriella Zammillo 

Le CAR-T (Chimeric Antigens Receptor Cells-T) sono cellule modificate in laboratorio a partire dai linfociti T. Rappresentano una nuova strategia di cura che sfrutta il sistema immunitario per combattere alcuni tipi di tumore come linfomi aggressivi a grandi cellule e leucemie linfoblastiche acute a cellule B. Il prof Attilio Guarini, ematologo all’Istituto tumori Giovanni Paolo II di Bari, le definisce la “vis sanatrix naturae della antica medicina salernitana”, trattandosi del potenziamento dell’attività citotossica dei linfociti del paziente opportunamente ingegnerizzati per riconoscere e contrastare alcuni tipi di cellule tumorali.

 

Le CAR-T possono quindi essere definite un “farmaco vivente” proprio perché prodotto a partire dalle cellule dello stesso paziente aprendo così ad un nuovo mondo, considerato che i farmaci convenzionali sono prodotti da sostanze chimiche o, in alternativa, sono anticorpi prodotti in laboratorio dai biologi. Un trattamento estremamente complesso e costoso, non sempre applicabile, ma laddove possibile, dai risultati incoraggianti per le aspettative di vita. Lo sviluppo di nuove tecnologie per la produzione di CAR-T è parte integrante delle attività di ricerca condotte dal TecnoMed Puglia, il TecnoPolo per la Medicina di Precisione, coordinato da Giuseppe Gigli direttore del Cnr Nanotec di Lecce, e che nel suo nucleo fondatore vede anche l’IRCCS Istituto Tumori “Giovanni Paolo II” di Bari, il Centro di malattie neurodegenerative e dell’invecchiamento cerebrale dell’Università di Bari con sede presso l’Ospedale " G. Panico" di Tricase e la Regione Puglia.

 

L'evento apre la nuova stagione della rassegna divulgativa "Jam session Nanotec: note di scienza su scala nanometrica", un progetto Cnr Nanotec di Gabriella Zammillo, realizzato in collaborazione con Liberrima.

A condurre e moderare la serata, Marco Ferrazzoli, capo ufficio stampa dal CNR. Puoi scaricare la locandina da qui

Notte dei Ricercatori

Lecce, 27 settembre 2019

 

ex monastero degli Olivetani, ore 18:00 - 24:00

 
 Ritorna puntuale la Notte dei Ricercatori, l’evento più atteso dai tanti appassionati di scienza, ghiotti di conoscenza senza distinzione di età. E sempre più densa di contenuti è la partecipazione del @CnrNanotec che, per l’edizione 2019,  ha reso ancora più appetibile il calendario degli appuntamenti programmati all’interno del progetto europeo #ERN-Apulia  coordinato da Unisalento, tracciando un ideale tour tra gli intriganti campi del sapere che si dipana attraverso narrazioni, illustrazioni, laboratori hand-on, dibattiti, giochi per grandi e piccini e rappresentazioni teatrali. Clicca qui per il programma completo delle attività di Nanotec.   Per l'evento completo apri il link: www.laricercaviendinotte.it