一、微波等離子體簡介 等離子體的研究是探索并揭示物質“第四態” ——等離子體狀態下的性質特點和運行規律的一門學科。它是包含足夠多的正負電荷數目近于相等的帶電粒子的非凝聚系統。等離子體的研究主要分為高溫等離子體和低溫等離子體。高溫等離子體中的粒子溫度高達上千萬以至上億度，是為了使粒子有足夠的能量相碰撞，達到核聚變反應。低溫等離子體中的粒子溫度也達上千乃至數萬度，可使分子(原子)離解、電離、化合等。可見低溫等離子體溫度并不低，所謂低溫，僅是相對高溫等離子體的高溫而言。高溫等離子體主要應用于能源領域的可控核聚變，低溫等離子體則是應用于科學技術和工業的許多領域。高溫等離子體的研究已有半個世紀的歷程，現正接近聚 變點火的目標；而低溫等離子體的研究與應用，只是在近年來才顯示出強大的生命力，并正處于蓬勃的發展時期。 微波等離子體化學氣相沉積技術原理是利用低溫等離子體（非平衡等離子體）作能量源，工件置于低氣壓下輝光放電的陰極上，利用輝光放電（或另加發熱體）使工件升溫到預定的溫度，然后通入適量的反應氣體，氣體經一系列化學反應和等離子體反應，在工件表面形成固態薄膜。它包括了化學氣相沉積的一般技術，又有輝光放電的強化作用。 金剛石膜具有極其優異的物理和化學性質，如高硬度、低磨擦系數、高彈性模量、高熱導、高絕緣、寬能隙和載流子的高遷移率以及這些優異性質的組合和良好的化學穩定性等，因此金剛石薄膜在各個工業領域有極其廣泛的應用前景。 1． 在藥瓶內鍍上金剛石薄膜，可以避免藥品在瓶內起反應，延長藥品的保 全壽命； 2． 可作為計算機硬盤的保護層。目前的計算機硬盤，磁頭在不用時要移到硬盤旁邊的位置上，如果硬盤包有金剛石薄膜，則磁頭可以始終放在硬盤上，這樣就提高了效率； 3． 在切割工具上鍍上金剛石薄膜，可以使工具在很長時間內保持鋒利； 4． 用于制造帶有極薄金剛石諧振器的揚聲器； 5． 涂于計算機集成電路塊，能抗輻射損壞，而一般硅集成塊卻易受輻射損壞。它能將工作時產生的熱迅速散發掉，使集成塊能排列得更緊湊些； 6． 用于分析X射線光譜的儀器，透過X射線的性能較別的材料好。 金剛石膜沉積必須要有兩個條件： 1． 含碳氣源的活化； 2． 在沉積氣氛中存在足夠數量的原子氫。 由于粒子間的碰撞，產生劇烈的氣體電離，使反應氣體受到活化。同時發生陰極濺射效應，為沉積薄膜提供了清潔的活性高的表面。因而整個沉積過程與僅有熱激活的過程有顯著不同。這兩方面的作用，在提高涂層結合力，降低沉積溫度，加快反應速度諸方面都創造了有利條件。 微波等離子體金剛石膜系統應由微波功率源,大功率波導元件、微波應用器及傳感與控制四部分組成。應用器是針對應用試驗的類型而設計，其微波功率密度按需要而設定，并按試驗需要兼容各種功能，具有較強的專用性質。微波功率源、大功率波導元件及傳感和控制三種類型的部件，是通用的部件，可按需要而選定。反應器必須可以抽成真空；且可置于高壓。因此微波傳輸必須和反應器隔離開來。反應器中可以通入其他氣體。下面是一個反應器圖。 半導體生產工藝中已經采用微波等離子體技術，進行刻蝕、濺射、氣相沉積、氧化硅片；還可用于金屬、合金、非金屬的表面處理；用于等離子體光譜分析，可檢測十幾種元素。 二、微波等離子體源 目前國內微波離子體源的研究工作，大部分在2450MHZ這個頻段上進行，部分還可能采用915MHZ頻段。這兩個頻段均采用連續波磁控管，并做成連續波功率微波源。但實際情況均具有較大的波紋因素，說得確切一些是三相全波整流或單相全波整流的波形被磁控管銳化了波紋狀態。家用微波爐的電路結構實際上是可控的單相半波倍壓整流電路，其波紋因素更大。 這種工作狀態受電網波動的影響，平均功率不斷變化，具有很大的不穩定性，造成功率密度的不確定。在微波等離子體金剛石膜制作系統要求很嚴格的情況下，會造成實驗結果重復性不滿意。因此需要穩定且紋波系數小的微波源是系統成功關鍵。 另外，近來微波等離子體的研究首先發現這些問題，電源的不穩定性會造成等離子體參數的變化。但用毫秒級的脈沖調制連續波磁控管，在許多實驗中取得了良好的實驗效果。理論分析調制通斷時間的選定可以獲得改善效果。 1. 物料介電損耗的正溫度系數銳化了不均勻的加熱效果，造成局部點的熱失控現象。必要的周期停頓，利用熱平衡的過程，可以緩解這些不均勻因素，抑制熱失控現象的建立。 2. 避免了微波輔助催化反應過程中若干不需要副反應的累積。周期性的停頓可以避免這些副反應累積增強，停頓就是副反應的衰落，再從新開始，這樣就避免了副反應的過度增長。 三、微波等離子體的應用 微波等離子體的應用技術主要用來制造特種性能優良的新材料、研制新的化學物質，加工、改造和精制材料及其表面，具有極其廣泛的工業應用——從薄膜沉積、等離子體聚合、微電路制造到焊接、工具硬化、超微粉的合成、等離子體噴涂、等離子體冶金、等離子體化工、微波源等。等離子體技術已開辟的和潛在的應用領域包括：半導體集成電路及其他微電子設備的制造；工具、模具及工程金屬的硬化；藥品的生物相溶性，包裝材料的制備；表面上防蝕及其他薄層的沉積；特殊陶瓷(包括超導材料)；新的化學物質及材料的制造； 金屬的提煉；聚合物薄膜的印刷和制備；有害廢物的處理；焊接；磁記錄材料和光學波導材料；精細加工；照明及顯示；電子電路及等離子體二極管開關；等離子體化工(氫等離子體裂解煤制乙炔、等離子體煤氣化、等離子體裂解重烴、等離子體制炭黑、等離子體制電石等)。 微波等離子體化學氣相沉積制備納米催化劑的研究等。 微波等離子體的應用前景廣闊。 信息來源于：中國工業設備網