金刚石兼具多方面优异性质，是最重要的半导体材料之一，在众多领域具有十分重要的应用价值。近年来，高品质化学气相沉积（CVD）金刚石单晶的生长及高性能金刚石半导体器件的研究，成为金刚石领域前沿和热点研究课题。高品质CVD金刚石的获得依赖于生长条件的控制和优化。另外，金刚石在制备大功率电子器件方面具有独特的优势，而其栅极材料的选用十分重要。目前，用作金刚石晶体管的常用栅极氧化物为Al₂O₃，SiO₂，CaF₂等，然而这些材料的介电常数较低，无法实现对金刚石高空穴密度的完全控制，其他具有较高介电常数的绝缘材料（如铁电材料）往往需要引入合适的过渡层。因此，选择一种新型的栅极绝缘材料，是实现高性能大功率金刚石晶体管器件的关键。本论文采用微波等离子体CVD（MPCVD）方法，研究了生长过程中反应气氛对CVD金刚石单晶的生长速率和质量的影响。在金刚石衬底上利用不同方法进行了氧化钽（Ta₂O₅）和氧化铪（HfO₂）的沉积，研究了氧化物及金刚石/氧化物异质结的电学性质，并以Ta₂O₅为栅极材料制作了金刚石晶体管原型器件。主要成果如下：一、CVD金刚石单晶的生长。1、传统高速生长CVD金刚石单晶的气氛条件（H₂/CH₄/N₂=500sccm/60sccm/1.8sccm）下，分别通入不同流量二氧化碳（CO₂）气体，生长金刚石单晶。金刚石的生长速率随着CO₂流量的增加，呈现出先上升、后下降的趋势。引入CO2所制备的同质外延CVD金刚石单晶的结晶质量较好。2、采用温室气体笑气（N₂O）来辅助生长金刚石单晶。N₂O中的氮氧共同作用，可以在提高CVD金刚石质量的同时，提高了生长速率。引入最佳流量的N₂O气体（H₂/CH₄/N₂O=750sccm/90sccm/2sccm），CVD金刚石单晶生长速率最大，并且质量最好。3、在金刚石相关器件研究中，金刚石层厚度、表面形貌及质量的控制十分重要。我们研究了在氢气（H₂，500sccm）中不同甲烷（CH₄，1060sccm）流量下CVD金刚石单晶的生长。较低CH₄流量条件下，金刚石单晶生长速率较低，表面光滑平整，利于金刚石半导体器件的制作。随着CH₄流量的增加，生长速率提高，和碳源的增加有密切的关系，但此时样品表面出现非外延生长晶粒，不利于制作半导体器件。二、高介电常数（k）氧化物栅极金刚石晶体管的研究1、提出以Ta₂O₅作为金刚石晶体管的栅极材料，利用射频溅射法直接在金刚石上沉积得到非晶态Ta₂O₅薄膜，经氮气气氛中经800oC快速退火，获得六角相-Ta₂O₅。非晶态Ta₂O₅具有良好的绝缘体性质，其相对介电常数为16，C-V特性中表现出明显的迟滞现象。退火可以提高薄膜介电常数，达到29，消除C-V曲线中的迟滞现象，但是增大了MOS结构的漏电流。经过对导电机制及束缚电荷密度的分析，我们认为退火作用提高了晶体质量，因此消除了C-V特性中的迟滞现象，但是在Ta₂O₅/金刚石界面附近引入了束缚电荷使得漏电流增加。以Ta₂O₅为栅极绝缘材料制备了金刚石晶体管原型器件，器件表现出明显的栅极电压对漏极电流的显著控制作用。2、利用原子层沉积法和射频溅射法，在金刚石衬底上制备出较高品质的HfO₂薄膜，介电常数约为20，C-V曲线中的迟滞效应与制备方法有关，该工作为研制以HfO₂薄膜为栅极氧化物的金刚石晶体管奠定了一定的基础。本文系统地研究了CVD金刚石单晶的生长及金刚石晶体管原型器件的制备和电学特性，得到了有价值的结果，为开发新一代高性能金刚石基半导体器件打下一定的研究基础。