一、 裝置的基本原理

　　當一根石英管處于真空腔中，在石英管中通入微波，處于真空腔內的石英管外表面就形成了表面波。當真空腔體中的氣壓適當時表面波就能在石英管的表面產生等離子體；當多根石英管靠近平行放置形成石英管陣列，多根表面波等離子體將互相疊加，在石英管附近就可以獲得大區域均勻的高密度微波等離子體。這種微波等離子體由于密度高，面積大，能輔助化學汽相沉積（MWPECVD）大面積高質量薄膜。據真空技術網另文介紹，這種裝置產生的氫和甲烷等離子能能在硼硅酸鹽玻璃、堿石灰玻璃和石英基體順利地生長納米金剛石薄膜，且薄膜是一種高度透明和光滑的納米金剛石薄膜。當加入了二氧化碳混合氣，可改善膜性能，如透明度。

　　我們根據表面波產生等離子體的基本原理進行了如下的表面波等離子體源的研制，達到了為鍍制薄膜的工藝研究所需要的設備條件。

二、 鍍膜設備的主要參數

　　我們研制的等離子體發生腔為 300×300mm 的方形真空腔體（參見圖 1） 。真空腔體由四塊厚度為 14mm 的無磁不銹鋼板焊接而成；腔體前開有觀察窗口，上為蓋板，下與薄膜沉積室相連。真空腔體中同時平行擺放 4根長度 250mm 的石英玻璃管，左右各有 4 個微波同軸波導個連接口。每根石英管兩頭用一套微波系統提供微波功率，四根石英管共用八套微波系統。

圖 1

　　每套微波系統都由微波電源、磁控管、激勵腔、環形器、水阻、波導同軸轉換器、短路活塞、同軸波導組成。由于兩根石英玻璃管的中心距足夠近，我們將同軸波導管的長度設計為兩種，使波導系統巧妙的錯開，以達到在石英管陣列足夠緊密,在石英管陣列附近就能獲得大面積均勻的高密度等離子體，為沉積大面積高性能薄膜創造設備條件。

　　微波系統的關鍵技術之一是將矩形波導傳輸變成圓波導傳輸。我們設計的這套微波傳輸系統阻抗匹配性能比較好，反射波功率比較小。

　　為了減少等離子體與上蓋板相互作用，和輔助等離子體的穩定，在上蓋板表面覆蓋多級磁場。磁鋼的長度為 250mm，擺放于兩根石英玻璃管的中間處，并保證每根石英玻璃管的兩側都有磁鋼。

　　為了能均勻沉積大面積薄膜，上蓋板內側使用了不銹鋼管道將氣體均勻輸入真空室內。為了使真空腔體和微波系統不至于過熱，在發熱位置使用水冷和空氣冷。調試表明，0.5m3/h的冷卻水和 200m3/h 的冷卻空氣可使整個裝置長時間穩定工作。

　　初步試驗表明，這樣措施獲得大面積均勻高密度等離子體放電,為沉積高質量大面積薄膜創造了基本條件。