Investigadores han logrado avances significativos en el crecimiento de películas delgadas de diamante, optimizando el proceso para mejorar tanto la velocidad de crecimiento como la calidad del material. Un estudio reciente revela que la introducción de nitrógeno en el gas de proceso aumenta considerablemente la velocidad de crecimiento de la película de diamante en un factor de 3.1, pasando de 1.13 μm/h a 3.48 μm/h.
Este incremento se debe a que el nitrógeno facilita la eliminación de hidrógeno de la superficie del diamante, un paso crucial que limita la velocidad de deposición. La formación de grupos C-N altera el entorno de carga y enlace, creando plataformas de reacción más favorables y permitiendo que los átomos de carbono se incorporen más eficientemente a la estructura del diamante.
Además, la adición de dióxido de carbono (CO2) también contribuye a acelerar el crecimiento de la película. El CO2 proporciona una vía más eficiente para la descomposición del carbono, generando átomos de oxígeno y radicales hidroxilo que aceleran la formación de radicales metilo, precursores clave en la deposición de diamante.
Las pruebas de Raman confirman la alta pureza de las películas de diamante sintetizadas. La ausencia de bandas indicativas de carbono amorfo o impurezas gráficas demuestra la calidad del material. La introducción de nitrógeno genera un pico característico relacionado con los centros NV0, lo que indica la formación de defectos nitrogeno-vacantes. Sin embargo, la adición de CO2 suprime este pico, gracias al efecto de grabado de los radicales OH sobre estos centros.
El estudio también revela que la concentración de nitrógeno influye en la cristalinidad del diamante. Si bien una baja concentración de nitrógeno mejora la cristalinidad, un exceso puede comprometer la perfección cristalina. La adición de CO2 ayuda a mitigar este efecto, reduciendo los defectos cristalinos y mejorando tanto la calidad del volumen como la superficie de la película.
Los análisis de estrés residual muestran que las películas dopadas con nitrógeno presentan mayor estrés compresivo que las no dopadas. La introducción de CO2 reduce este estrés, posiblemente debido al efecto de grabado que alivia la tensión en la red cristalina. Finalmente, las pruebas de fotoluminiscencia revelan una correlación entre la concentración de nitrógeno y la presencia de defectos nitrogeno-vacantes, siendo esta concentración menor en las muestras crecidas con CO2.
Estos hallazgos abren nuevas posibilidades para la fabricación de películas de diamante de alta calidad con aplicaciones potenciales en diversas áreas, desde la electrónica hasta la óptica.
