金刚石具有一系列优异的物理及化学性质,如它的硬度高、热导率大、禁带宽、介电常数低、抗辐射能力强等。微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)以其独特的优点成为目前最有发展前景的高质量金刚石薄膜沉积方法之一。本文的内容即为研制一台3KW的微波等离子化学气相沉积系统。微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)的谐振腔内没有内部电极,可以避免电极放电所产生的污染,而且,它的运行气压范围比较宽,所产生等离子体密度高、区域大,稳定度高,且不与真空器壁接触,从而避免了器壁对薄膜的污染。因此微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)以其独特的优点成为目前最有发展前景的高质量金刚石薄膜沉积方法之一。本文介绍了微波等离子体化学气相沉积的原理以及它的优点。其次介绍了MPCVD系统的发展过程,从最初的石英管式MPCVD,发展到功率更高的石英钟罩式MPCVD,再发展到不锈钢谐振腔式,最后是增强型的ECR-MPCVD系统；对MPCVD系统的研究现状进行了介绍,国内在该方面的研究还比较落后,存在的问题也比较多。第三详细介绍了微波等离子体的产生机理,微波等离子是一种通过微波放电产生的等离子体,与直流放电和射频放电能相比有较多的优点,应用比较广泛。分析了微波与等离子体的相互作用,包括微波功率和微波场之间的关系,以及通过微波功率的变化推知等离子体状态的变化,此外还分析了微波在等离子体中的传播模型,对等离子体对微波的入射、透射和反射进行了建模分析。最后介绍了表征等离子体的一些基本参数。在MPCVD系统的设计中,谐振腔的设计非常重要。由于谐振腔中微波与等离子体之间强烈的相互作用,人们很难根据经验对谐振腔进行改进,本文利用ANSOFT软件对MPCVD的谐振腔系统进行了模拟。首先分析了圆柱谐振腔的场型和微扰,选取TE1o模式为微波的传输模式,在圆柱谐振腔中选取TMo1模式作为谐振模式；其次对TE11模式的抑制进行了介绍,分析了抑制TE11的方法；然后对谐振腔内的电场分布进行了模拟,并通过简化的模型计算出了等离子体的分布,通过对等离子体分布的分析,对谐振腔的主要尺寸,包括谐振腔的半径、高度和同轴天线的长度进行了优化。优化后的谐振腔参数为谐振腔高度Z1为427mm,谐振腔半径z2为90mm,同轴天线Z3的最优值为37mm。对谐振腔的设计提供了参考。本论文的主要工作是参加微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)的研制。介绍了不锈钢石英钟罩式MPCVD设备的构成,该设备主要由微波源及传输系统、模式变换器以及等离子体放电腔、真空及气路系统、水冷系统以及测温系统构成；分析了微波的产生以及传输过程以及采用控制阳极电流的方法对微波的输出功率进行稳定的控制过程。分析了矩形波导中的场以及单模传输条件。介绍了微波经模式转换器耦合到圆柱谐振腔的原理。使用硅胶法对谐振腔的模式进行分析。对金刚石膜的表征方法,如XRD、SEM、Raman谱仪、能谱仪等进行了介绍。在研制成功的MPCVD系统上进行了金刚石薄膜沉积实验。分别讨论了基片预处理方式、气源成分和沉积温度对成膜质量的影响。通过比较实验,制备出一批金刚石薄膜。通过XRD、SEM和Raman谱仪对金刚石薄膜进行了表征,(给出表征结果-注)。通过对实验结果进行分析,得到了金刚石膜的优化生长条件和最佳的沉积参数,主要有：基片<100>取向单晶硅片；基片处理方式：0.5μm金刚石微粉研磨+超声清洗；微波源功率：2500W(频率2.45GHz)；沉积气压：4KPa,气体流量：CH4:4SCCM, H2:400SCCM;沉积温度：726℃。