辉光放电聚合物(GDP)薄膜是一种非晶态的CH聚合物薄膜。它具有平均原子序数低、密度小、结构致密且不存在晶界缺陷、表面光洁度高等特点,因此能够有效抑制激光惯性约束聚变(ICF)内爆过程中的瑞利-泰勒(RT)不稳定性。同时GDP薄膜具有良好的红外透过性,能够实现对DT冰层内表面的红外加热、均化与光学测量。基于以上优点,GDP薄膜已成为我国ICF物理实验用靶的首选烧蚀层材料。随着ICF研究的深入,NIF点火靶设计对GDP膜的表面粗糙度提出了更高的要求,即厚度达100μm以上,粗糙度小于20nm。我国GDP薄膜研究与国外差距较大,特别是GDP薄膜表面粗糙度控制、形貌演变与缺陷形成等方面研究还处于起步阶段。现阶段,针对GDP薄膜的研究仍集中在单纯的工艺参数优化等方面,而对于GDP薄膜表面形貌的演变与缺陷生长机制尚不明确。由于GDP薄膜表面形貌与表面粗糙度很大程度上取决于等离子体与衬底间的相互作用过程,而这些作用过程与等离子体的状态参量密切相关。然而,针对GDP薄膜制备所涉及的C4H8/H2这种复杂的多碳气源的等离子体状态还缺乏系统性研究。本论文基于降低GDP薄膜表面粗糙度的迫切性与明确薄膜生长机理的需求性,从等离子体状态的变化规律出发,重点研究了 C4H8/H2复杂气源的等离子体状态与GDP薄膜成膜过程的作用机制,初步建立了等离子体状态与薄膜生长的内在联系,揭示了薄膜表面形貌与表面粗糙度演化的机理,并找到了控制大厚度GDP薄膜表面粗糙度的新方法。本论文开展的具体工作主要有以下几个方面:第一,本文采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法,以反式二丁烯(C4H8)与氢气(H2)为反应气体来制备GDP薄膜。利用质谱与Langmuir探针相结合的方法对GDP薄膜生长过程中C4H8/H2这类多碳气源的等离子体状态参数进行了原位诊断,确定了 GDP薄膜沉积过程中等离子体组分与状态参数随射频功率、工作气压和C4H8/H2流量比这三种放电工艺参数的变化规律。结果表明:(1)在低功率下,等离子体在放电区域发生了二次聚合;随着功率的增大,离子碎片发生进一步裂解的几率增大;等离子体的离子能量分布、自偏压、悬浮电位心与等离子体电势Vp都随功率的增大而增大。(2)在低气压下,等离子体中主要以小分子基团为主;随工作气压的增大,等离子体的离化率与离子强度都逐渐减弱。(3)随C4H8/H2流量比的增加,等离子体的离化率出现了先增大后减小的趋势。当流量比为0.4/10(sccm)条件下,离化率最大,离子能量也最高。第二,基于不同工艺参数下等离子体状态的诊断结果,利用红外光谱、扫描电镜、白光干涉仪分别对GDP薄膜的化学结构、表面形貌与粗糙度进行了表征分析,并初步建立了等离子体状态与GDP薄膜生长机制之间的内在联系,结果表明:等离子体中的大分子基团容易形成团簇沉积到薄膜表面,使得薄膜的表面粗糙度较大。而小分子基团的沉积,有利于获得较平整、光滑的薄膜表面。较大的离子能量有利于促进沉积的基团在薄膜表面发生扩散与迁移,使薄膜的表面粗糙度下降。而离子能量过大,会导致基团对薄膜表面的轰击与刻蚀作用较强,使薄膜表面出现孔洞状缺陷。薄膜的沉积速率过快,会导致沉积的基团没有足够的弛豫时间发生表面迁移,致使薄膜表面形成孔洞状缺陷。本文通过正交优化实验,找到了最适合GDP薄膜生长的工艺条件为射频功率30 W、工作气压 10Pa、C4H8/H2流量比为0.4/10(sccm)。第三,基于等离子体状态对GDP薄膜生长作用机制的研究,本文提出了采用Ar·离子刻蚀来控制等离子体状态,从而控制薄膜的生长模式,进而降低薄膜的表面粗糙度的新技术。利用质谱对C4H8/H2与C4H8/H2/Ar等离子体的组分与离子能量分布情况进行了对比分析,研究了 Ar离子的引入对C4H8/H2等离子体状态的作用机制。同时,对比分析了 Ar离子刻蚀前后,GDP薄膜的化学组分、表面形貌以及表面粗糙度的变化情况。并首次采用了 Ar离子间歇性刻蚀技术,使GDP薄膜的表面粗糙度得到了大幅降低。结果表明:(1)加Ar后,等离子体的离子能量从7.8eV提高到了 11.8eV,这将有利于Ar离子刻蚀作用的体现。与此同时,加入Ar离子以后,等离子体的离化率明显增加,而且几乎没有出现大分子基团。这说明Ar离子能够有效抑制等离子体中的二次聚合反应,有利于降低薄膜的表面粗糙度。(2)对比研究了 Ar离子刻蚀前后以及不同的Ar离子间歇性刻蚀周期,GDP薄膜的化学结构、表面形貌以及表面粗糙度的变化规律。研究发现,经过Ar离子刻蚀后,薄膜表面的鼓包、凸起等缺陷的生长得到了有效控制,粗糙度也得到了明显降低。并通过调整Ar离子间歇性刻蚀的周期,当间歇与刻蚀周期为60 min/15 min时,成功将80ym厚的GDP薄膜的表面粗糙度从220 nm降低至34 nm。最后,总结了在GDP薄膜生长过程中,刻蚀效应、表面扩散迁移以及沉积速率是驱动GDP薄膜表面形貌与粗糙度演变的三个重要的竞争因素。综上所述,基于C4H8/H2等离子体状态的在线诊断,针对较大厚度的GDP膜开展了表面粗糙度的控制技术研究,取得了较大的研究进展,已接近NIF的设计要求。为进一步优化工艺参数提供了可靠的数据基础与理论指导,有望制备出满足ICF物理实验粗糙度要求的GDP靶丸。