金刚石作为第四代半导体材料,具有高载流子迁移率、高热导率、低介电系数、宽禁带、高硬度等特点,在光学、电学、力学等领域有着重要应用。高纯度的金刚石在常温下具有很高的电阻率,为了实现金刚石的半导体应用,必须引入杂质使其具有半导体特性。目前,国外已经开发出通过原子级结合构成的复合型金刚石半导体,可以为通信、雷达、光电探测器、传感器等领域提供更高功率、更高频率、更小、更节能的电子器件。基于课题组在制备同质外延单晶金刚石方面的多年研究,根据材料的微结构设计理论,本论文提出构建复合型金刚石半导体材料。通过引入人工基元构造的金刚石复合材料往往具有独特的性质:在金刚石的制备过程中引入磁性元素铁,研究可能产生的磁学和电学性质;通过在非金属、金属、氧化物等不同的衬底上制备金刚石,由于衬底材料的结构、等离子体活性引起的碳化、在金刚石中的溶解度等影响,研究金刚石复合材料中可能产生的新的物性。最后,系统总结归纳了构建的金刚石复合材料的制备、生长机理及特殊物性。具体研究内容如下:1.硅衬底上金刚石薄膜的生长及金刚石基稀磁半导体的制备。在硅衬底上生长了微米金刚石和纳米金刚石薄膜,通过AFM、XRD和Raman光谱研究了不同沉积时间下金刚石薄膜的表面形貌和结构;通过设备的改造实现了磁性元素铁引入到金刚石中,克服了铁在金刚石中的低溶解度,完成稀磁半导体的制备。光吸收谱显示其带隙为1.65e V,磁性测量结果表明,从顺磁到铁磁的磁转变温度高于室温,首次获得室温下的同时具有半导体性质和磁性的金刚石基稀磁半导体。2.金属衬底上金刚石薄膜的生长及光催化性能研究。在钼、钽两种衬底上完成了金刚石的生长,钽衬底上制备的金刚石薄膜具有更大的晶粒尺寸,在形成金刚石的过程中,高活性含碳等离子体与两种衬底发生反应,形成了碳化物过渡层,将金刚石与金属衬底更好的键合在一起。薄膜的残余应力研究发现生长时间增加而残余应力减小,钽衬底上金刚石薄膜具有更小的残余应力。两种衬底上的金刚石薄膜均具有半导体光催化性能,并且钽衬底上金刚石薄膜的具有更强的光催化活性,呈现出随着薄膜增厚而增强的趋势。3.氧化物衬底上金刚石薄膜的生长及光催化性能研究。探索在氧化铝和钽铌酸钾衬底上进行金刚石的制备和性能研究,XRD和Raman光谱显示,钽铌酸钾衬底上金刚石薄膜具有更高的结晶质量。并且金刚石薄膜的质量随沉积时间的增加而升高。两种衬底上制备的金刚石薄膜均具有光催化性能,对比氧化铝衬底,钽铌酸钾衬底更适合金刚石薄膜的制备且具有更高的光催化活性,光催化性能随金刚石薄膜质量变高而变强。