微波等离子体化学气相沉积技术(Chemical Vapor Deposition)是近几十年来发展起来的用于制备碳材料的新技术,并且相比于其它的CVD技术,微波等离子CVD技术具有沉积质量高、沉积面积大、沉积过程稳定等优点。现阶段微波等离子体CVD技术是合成高品质碳材料的最佳方法,但是其瓶颈在于沉积速率偏低,该设备的沉积速率范围一般在0.1～34?m/h,并且现在人们对该技术的沉积机制的认识还在探索中。本文针对工艺参数对微波等离子体特征的影响规律和沉积腔内的化学反应动力学过程进行了研究,为解决微波CVD技术的瓶颈问题奠定一些基础。首先本文针对微波等离子体构建了一个耦合的多物理场模型,涉及到了电场、等离子体以及温度场,不同的物理场之间通过传递相关的物理量实现耦合。电磁场激发产生的等离子体的特征通过:电场强度、电子密度、气体温度和电子温度来进行表征。通过研究发现,不同的特征量对工艺参数的敏感程度不同,电场强度和电子密度受微波功率的影响较大,而气体温度和电子温度受沉积压力的影响较大。并且等离子体球的体积随着微波功率的增加而增大,随着沉积压力的增加又有所缩小,所以要想在保证等离子球大小不变的前提下提升功率密度,需要两个参数一起调节协同作用。接着本文针对沉积腔内的化学反应动力学过程建立一个涉及化学反应、流动传热、物质输运过程的耦合模型。所研究的反应机理涉及到15种中性物质和43个基元反应,并探究沉积腔中产生的活性物质的空间分布、单碳物质与双碳物质之间的转换以及腔体内气体的流动方式。研究发现,根据正相关原则,H基团、CH3基团和C2H2分子是最有可能利于碳材料沉积过程,并起到促进作用的物质。在研究沉积腔内活性物质之间的转换过程发现,CH3基团和C2H2分子分别是单碳物质和双碳物质中占比最高的物质。在研究沉积腔内的流动模式时,发现在气体温度比较高时,会有利于沉积腔内产生回流现象。综述所述,通过对微波沉积腔内的等离子体特征和化学反应动力学过程的研究,有助于对沉积机制的认识与理解,也为后续进一步研究碳材料的微观生长过程奠定了基础。