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高质量、高载流子迁移率和低电阻率的n型金刚石薄膜的制备是限制金刚石在电子工业中应用的瓶颈问题。本文采用热丝化学气相沉积法（HFCVD）制备本征纳米金刚石（NCD）薄膜，并以之为衬底，注入不同剂量的氧离子；系统研究了退火温度和注入剂量对NCD薄膜微结构和电学性能的影响，制备得到了较高质量的n型纳米金刚石薄膜。对于实现金刚石在电子工业中的应用具有重要的科学意义和实际价值。在NCD薄膜中注入剂量为1×1012cm-2剂量的氧离子，并在不同温度下退火，系统研究了氧离子注入NCD薄膜在不同温度退火后的微结构和电学性能。结果表明，薄膜中金刚石晶粒在不同温度退火过程中的生长机制不同。当退火温度低于1000℃时，金刚石晶粒的长大过程主要为非晶碳晶界向金刚石相的相变过程，退火前后的样品中的晶粒尺寸为3-5nm；1000℃退火过程中小尺寸纳米金刚石晶粒的Ostwald熟化使得金刚石晶粒长大，晶粒尺寸增加近一个数量级，达到20-50nm。同时，1000℃高温退火过程中NCD薄膜内反式聚乙炔（TPA）片段上的氢发生显著外扩散过程，致使TPA片段链长变短；余下的TPA片段-C-C=C-主链趋于围成类石墨的六元芳香环，造成薄膜中石墨团簇内芳香环数目以及石墨团簇尺寸和无序度的增加。Hall效应测试表明，氧、碳离子注入的NCD薄膜在不同温度退火过程中会发生显著的p、n型转变现象，转折点位于725-800℃之间。薄膜在低于800℃的温度退火后呈p型电导，而在高于800℃（含800℃）的温度退火后呈n型电导。900℃的退火温度有利于较好地修复离子注入引起的晶格损伤，同时容易激发薄膜中的电子，使NCD薄膜呈现较好的n型电导。氧离子注入NCD薄膜在较高温度（≧800℃）退火，能促使薄膜产生更多的电导缺陷；并且氧离子很可能进入NCD薄膜中纳米金刚石晶粒内，并在高温下贡献出电子，使晶粒产生电导。在NCD薄膜衬底中注入不同剂量的氧离子，并在900℃退火，系统研究了氧离子注入剂量对薄膜微结构和电学性能的影响。结果表明，离子注入过程对薄膜有明显的刻蚀效应。异质元素（氧离子）对薄膜的刻蚀效果尤为显著，特别是对NCD薄膜中结构较为疏松的非金刚石相，如sp2石墨团簇以及TPA片段等；注入过程会致使薄膜的压应力显著增加。较高的氧离子注入剂量(1×1014cm-2)，有损NCD薄膜质量。Hall效应测试表明，NCD薄膜经过不同剂量氧离子注入并在900℃退火后，样品中的载流子迁移率都较高，电阻率较低；其中氧离子注入剂量为1×1011cm-2的NCD薄膜中的载流子迁移率达到303cm2·V-1·s-1，有望实现NCD薄膜pn结的制备。采用可见光Raman光谱，x光电子能谱（XPS）和傅里叶变换红外（FTIR）吸收谱研究1×1014cm-2剂量的氧离子注入并在不同温度退火后超纳米金刚石（UNCD）薄膜中的sp2、sp3碳以及碳氢化合物的微结构演变，得到了不同温度退火后薄膜中金刚石相与非晶碳晶界之间的相变机理。结果表明，Raman光谱中1210cm-1峰为薄膜中非晶sp3碳（团簇）特征峰。800-900℃退火时，薄膜中的氢开始扩散并与金刚石相表面的终止氢结合成氢分子，因而在该金刚石表面产生一个活性空位，为其邻近的非晶sp3碳连接到金刚石相上提供了条件，使得纳米金刚石晶粒长大，实现非晶sp3碳（团簇）向金刚石相的相变过程。1000℃退火过程中，薄膜中的氢显著外扩散，纳米金刚石相的稳定性因表面终止氢的缺失而受到破坏，导致金刚石晶粒尺寸和数量减小，甚至瓦解成非晶sp3碳相，使得金刚石相向非晶碳转变。退火过程中，UNCD薄膜中氢的迁移和解吸附过程是发生金刚石/非晶sp3碳相变的根本原因。