目前用于制备高品质金刚石薄膜的一个重要方法就是微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）技术,该技术在金刚石膜沉积过程中高度可控,并且这种方法制备的金刚石膜具有品质优异、包裹体少等优点。该技术最为关键的部分是设计微波谐振腔。为探究该设计流程开展了关于数值模拟和沉积实验的研究。首先在数值模拟方面,通过分析成熟的微波气相沉积装置中使用的不同模式圆柱形微波谐振腔,探究不同工作模式下腔体内电场分布情况,并根据谐振腔理论分析腔体内电场线与腔体内壁的关系,使用一条特征曲线对圆柱形谐振腔进行组合或者切割以构成不同的微波谐振腔体的二维结构图。根据腔体内纯电场分布得到腔体初始尺寸,代入多物理场模型中进行进一步的优化得到微波谐振腔的二维截面尺寸。根据该设计流程在仿真层面设计了一台新型TM021模的抛物面顶高功率MPCVD谐振腔与一台抛物面异形腔MPCVD谐振腔,并在多物理场模型中设计不同实验以验证了这两种微波谐振腔的可行性。其次在沉积实验方面,通过有限元分析方法验证圆柱形微波谐振腔的工作状态,并通过仿真预测该谐振腔的整体性能。根据仿真结果得出的谐振腔尺寸,建造了一台带有电磁场调节环的圆柱形微波谐振腔体。该谐振腔在2.43GHz到2.47GHz范围内的输入频率偏差保持稳定。在上腔体内添加电磁场调节环以降低回波损耗从而提升整个设备的能量馈电效率,其中回波损耗还可以通过调整气压与输入功率、短路活塞与天线的距离等方式达到最优,这将有利于提升微波利用效率。实验室使用一台2.45GHz圆柱形微波谐振腔在直径2英寸的硅片上沉积了金刚石薄膜,并采用多种表征方式对金刚石膜的形貌与质量进行了测试。最后的实验结果表明,使用该圆柱形微波等离子体化学气相沉积装置可制备出高质量的多晶金刚石膜。