微波等离子体反应器是一种专用系统，用于化学气相沉积工艺，特别是用于合成钻石、碳纳米管和石墨烯等材料。这种反应器利用频率为 2.45 GHz 的微波能在受控腔体内产生等离子体。等离子体在基底台上方形成，远离反应器表面，可相对于微波透明石英窗口调整位置，以优化微波电路。
详细说明：
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微波发生和等离子体形成：
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反应器配备了一个工作频率为 2.45 千兆赫的微波发生器，这是工业和科学应用中的常用频率。微波通过矩形波导和模式转换器传输到圆柱形腔体内。在腔体内，微波产生共振电磁场模式，加热并激发反应气体，形成等离子体。该等离子体通常是基底上方的一个球形块，对沉积过程至关重要。基底加热和气体控制：
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反应器中的基底可通过感应加热（高达 1000°C）和偏置加热等方法独立于等离子体生成过程进行加热。这种独立控制可在沉积过程中实现精确的温度调节。反应器中使用的气体通过不锈钢管道引入，其流量由质量流量计控制。MKS 气体控制装置支持各种气体，包括氢气、甲烷、乙炔、氩气、氮气、氧气等，这些气体对于不同类型的材料合成至关重要。
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反应器设计与挑战：
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微波等离子体反应器的设计必须应对一些挑战，包括热失控、电压击穿和电弧。为防止出现这些问题，反应器的设计必须确保微波场强度达到最佳状态，以防止出现电弧，同时最大限度地减少热量损失。此外，电抗器的设计必须防止灰尘进入波导系统，并避免可能导致局部过热和电弧的尖角和边缘。适当的调整程序对于防止电弧与反射功率耦合也至关重要。微波等离子体电抗器的类型：
随着时间的推移，已开发出各种类型的微波等离子体反应器，每种反应器都具有不同的几何形状，旨在增强微波功率容纳性。从简单的石英管到结构更复杂的椭圆形、圆顶形、多模非圆柱形、环形天线-椭圆形谐振器和锥形反射器等。每种设计都旨在提高微波聚焦能力，保护介质窗口免受等离子体蚀刻，并增强调谐能力。
