微化学分析系统因高性价比、分析速度快、样品需求少、可实时便携检测等特点而倍受关注。微等离子体放电提供了包括带电粒子、激发态粒子、自由基、光子等的高反应环境，这些不同粒子可以被引出或根据其特性被检测到，且因其尺度微小可以很方便地集成于微化学分析系统中，因此微等离子体源在微化学分析领域有着广泛的应用前景。作为微化学分析系统的电离源，微等离子体源许多情况下需要工作在低气压封闭腔室内。由于封闭腔室的尺寸微小以及低气压造成微等离子体不同于常规等离子体的粒子间及粒子与壁面间的碰撞规律，产生一些独特现象，比如腔室壁面和电极的损伤，这严重影响微等离子体源的寿命。而目前缺乏对该领域微等离子体的研究，微波激发是该领域微等离子体源主要的功率馈入方式。为此，本论文设计制作了封闭腔室(EC)辉光放电微波激发微等离子体源，通过实验研究了低气压下EC微等离子体源的工作极限和不稳定性;采用粒子云网格(particle-in-cell，PIC)方法进行数值模拟，研究了气压、腔室尺寸、混合气体组分、微波频率等因素对EC微等离子体粒子动力学的影响;通过原位拉曼光谱观测结合大尺度原子模拟，对硅-玻璃结构的EC微等离子体源芯片制备中硅-玻璃阳极键合界面应力及生成的氧化硅的晶体形态进行了研究。本文主要工作与结论如下:　　(1) EC微等离子体源的工作极限及不稳定性　　设计并制备基于高频板的EC微等离子体源，采用PDMS材料构建微腔室。搭建EC微等离子体源发生系统及发射光谱测量系统，对工艺参数和微腔室几何参数影响EC微等离子体的工作极限及不稳定性的规律展开实验研究。研究发现:当气体压强降低时，辉光到电弧放电的转变（glow-to-arc，GAT）在EC微等离子体中不定期出现是由于离子对电极的轰击加剧以及气体温度的提高引起的。微腔室尺寸的增加是避免EC微等离子体出现GAT的有效方法。EC微等离子体的辉光放电熄灭压强(pext)比没有封闭腔室(UEC)的微等离子体低。输入功率的增加会降低UEC微等离子体的pext，而对EC微等离子体的pext基本没有影响。EC和UEC微等离子体均能在离子平均自由程大于放电间隙的情况下维持。　　(2)封闭腔室辉光放电微等离子体源粒子动力学特征　　基于PIC方法对EC微等离子体进行数值模拟。发现:对于EC微等离子体，在给定的腔室直径dh(1000μm)和驱动电压Vrf(180 V)，对气体压强(pg)在400Pa到1atm，频率为2.15到2.75GHz，t为0.6到3.0mm，等离子体放电模式为γ模式。ne和nAr+的峰值是气体压强的非单调函数，这是由于pg对ne和nAr+的两个相矛盾的影响因素导致的。离子对电极的轰击随着pg的降低而增强。微腔室的高度在1.0到3.0mm的范围内其对ne和nAr+的峰值及分布的影响可以忽略不计。金蒸汽的加入会提高EC等离子体电离率;同时加强鞘层离子的加速。氢气的加入对封闭腔室微等离子体的影响较小。ne和nAr+的峰值随着频率从2.15上升到2.75GHz而增加。　　(3)阳极键合界面应力分析及界面氧化硅晶体形态研究　　设计并制作小型阳极键合装置，对阳极键合界面的应力通过原位拉曼光谱测试并结合大尺度原子模拟进行研究。研究发现:在直流电压为-1000V，温度为400℃时，在硅-玻璃阳极键合界面Si(100)处存在87.5MPa的拉应力。以此拉应力为判据，结合大尺度原子模拟发现硅-玻璃阳极键合中界面处的SiO2为无定形。大尺度原子模拟计算的当量应变(εequ)随SiO2厚度变化的趋势与不同键合时间下拉曼峰移动趋势吻合得很好。发现在键合DC电压为-1000V、键合温度为400℃、键合时间为90分钟条件下生成的无定形SiO2的厚度至少为2nm。从30到90分钟的阳极键合过程中，硅氧化速率大约为0.022nm min-1。