金刚石是世界上最硬的材料,具有极低的热膨胀系数,高热导率,宽禁带,良好的光透过率等优异性能。非常适合做光学窗口和光学透镜的保护膜,金刚石膜也可用做大功率激光器件,微波器件和集成电路。金刚石薄膜已经得到大量的研究,但是目前国内技术限制,生长速率较低,限制了金刚石薄膜的应用。本文利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法,以CH4,H2为气源制备了金刚石薄膜,研究了工艺参数对金刚石薄膜生长速率和质量的影响。利用拉曼光谱,扫描电子显微镜镜,X-射线衍射仪对其进行了表征,具体工作如下:以CH4,H2为基本体系研究了甲烷浓度和H2流速对金刚石薄膜的影响,通过控制甲烷浓度和H2来生长高质量高速率的金刚石薄膜,随着甲烷浓度的提高,金刚石薄膜的生长速率提高,在超过2.5%以后保持稳定。氢气流速过大或过小都会影响金刚石薄膜的生长速率,在氢气流速为200 sccm时最佳。证明了甲烷浓度和氢气流速对金刚石薄膜影响非常大。通过控制温度和微波功率来生长高质量高速率的金刚石薄膜,本身微波功率决定温度的大小,随着微波功率增加,生长温度升高,并且随着微波功率的增加,等离子体的体积就会增大,等离子体就能完全覆盖在整个衬底上,使金刚石薄膜生长更加均匀。随着温度升高,金刚石薄膜的生长速率提高,但是温度过高,就会容易石墨化,生长质量降低。所以温度控制住700-800℃最佳。以上研究基础上,为了进一步探究金刚石薄膜的高生长速率和质量,我们通入少量的氮气和氧气,随着氮气浓度的增加,金刚石薄膜的生长速率逐渐提高,但是当氮气浓度达到一定时,由于氮粒子的轰击作用,使生长速率下降。虽然氧气的加入会加速金刚石的氧化使生长速率下降,但同样也会加速非晶碳和石墨的氧化,提高金刚石薄膜的质量,证明少量的氮气和氧气会改变金刚石薄膜的生长速率和质量。扫描电子显微镜(SEM)照片表明金刚石膜的表面光滑,晶体颗粒分布均匀,择优取向明显;拉曼光谱检测表明金刚石膜内的碳主要是sp3杂化,石墨相和非晶碳相几乎没有;X射线衍射(XRD)表明金刚石膜结晶完整,结晶度好,峰宽窄,主要以(111)和(220)面为主。