金刚石具有优异的物理化学性能,其中高质量金刚石膜因其在航空航天及高温核聚变等高新技术领域获得良好的应用被认为是21世纪最具发展前景的材料之一。目前微波等离子体化学气相沉积（microwave plasma chemical vapor deposition,MPCVD）技术因其无极放电且等离子体能量集中被普遍认为是合成高质量金刚石的首选方法。在利用MPCVD技术沉积金刚石膜的过程中,微波功率的提高是改善大面积金刚石膜沉积质量并促进其生长速率的有效手段,因此高功率微波等离子体环境下金刚石膜的生长极具意义。本文以实验室自制10kW的MPCVD系统为实验基础,具体对高功率的等离子体放电环境特性进行分析,并对高功率条件下光学级金刚石膜的制备工艺进行了系统研究,同时针对75kW,915MHz的高功率MPCVD系统开展了相关的研发工作,具体内容如下:1.对不同高功率微波输入时10kW,2.45GHz装置腔体中的微波电场进行了模拟研究。结果表明由TM₀₁和TM₀₂模式叠加形成的强电场稳定存在于基片台正上方,且随微波功率的升高电场强度逐渐增强,强场区范围也相对扩大。结合等离子体多物理场耦合模拟及光谱分析结果,认为高功率条件下等离子体活性更高且范围更大,有利于高质量金刚石膜的制备。根据微波电场在基片附近的分布特点,对衬底托进行了结构设计,确定了衬底托最佳高度为4mm。2.利用发射光谱诊断对10kW装置在不同高功率输入时的等离子体进行了研究。通过对不同功率的CH₄/H₂等离子体进行发射光谱诊断,发现升高功率有利于提高等离子体中主要活性基团的能量,且其分布的均匀性也随之增强。通过具体计算发现:微波功率从3500W升高至5500W时,电子密度呈现逐步上升趋势而电子温度则表现为一定下降的趋势,证明高功率的微波等离子体具有极高活性,该特点是有利于制备高质量金刚石膜的主要因素。3.使用10kW装置在高功率条件下对光学级金刚石膜的生长工艺进行了研究。实验表明不同CH₄浓度对等离子体中不同基团的强度以及所制备金刚石膜的表面形貌、质量均有明显影响,综合分析得出2%为最佳的CH₄浓度;O₂的加入既加速了金刚石膜的生长速率,同时也明显提高了金刚石膜的整体质量,当O₂浓度为0.7%时效果最佳。实验在H₂/CH₄/O₂的流量比为300/6/2.1时制备出红外透过率为58%、金刚石拉曼半高宽为6.5cm^-1的均匀光学级金刚石膜。4.发射光谱检测证实75kW,915MHz的MPCVD装置可以在20kW、13kPa时产生直径至少6英寸的均匀等离子体球,等离子体放电区域中电子密度对称分布且具有较高能量。通过在不同CH₄浓度条件下展开的前期实验,制备得到了金刚石拉曼半高宽约5.1cm^-1的金刚石膜,并针对该MPCVD系统的硬件设施及产业化的工艺研究提出了合理的改进方案。