具有通孔结构的金刚石在高精度引线成形及高功率微波器件散热领域具有广阔的应用前景。使用激光技术对自支撑多晶金刚石膜进行微孔加工，并采用场发射环境扫描电子显微镜对微孔进行形貌分析。当激光功率达到17.6 W时，微孔表面发生破坏和断裂，断裂位置有明显的条纹结构，这可能是热应力引起的裂纹扩展、互连形成的。采用激光共聚焦扫描显微镜测量微孔剖面，进一步分析微孔锥度的变化，结果表明：微孔上端内表面粗糙，微孔锥度随着激光功率的增大而增大。使用激光拉曼光谱仪和X射线光电子能谱仪进行表面成分表征，以分析激光功率对微孔外表面及内表面的影响，以及缺陷产生的原因。结果显示：沉积物的主要成分为石墨，且石墨化程度随着激光功率的增加而增大。能量在向下传递过程中被金刚石吸收，并使金刚石石墨化；微孔下端接收的能量减少，因此微孔最终呈现为锥形。通过引入金刚石烧蚀阈值进行分析，揭示了激光微孔加工过程中的材料去除机理及微孔成形过程。在高激光功率下，微孔外表面出现破损，内表面出现明显的条纹状结构。微孔外表面及内表面的石墨化程度均随着激光功率的增加而增大。随着激光功率的增加，微孔锥度减小，微孔垂直度变好。激光在加工过程中对微孔内表面应力的影响大于对微孔边缘位置应力的影响。

光学级金刚石膜的快速生长一直是微波化学气相沉积金刚石研究领域的热点和难点之一，通常对于大尺寸金刚石膜的生长速率和光学质量不可兼得。采用正交实验方法，优化光学级金刚石膜的工艺参数，最终在高功率、高甲烷同时辅助氧气刻蚀条件下，实现了光学级金刚石材料的快速生长，其生长速率为3.1 μm/h，可见光波段内透过率最高为70.9%，10.6 μm处红外透过率达到68.9%。等离子体诊断结果表明，高质量金刚石的快速生长主要由于高功率密度有助于原子H的激发和CH₄的分解，加入氧气也有助于CH₄的分解，同时对非金刚石相具有刻蚀作用，从而实现了高质量金刚石膜的快速沉积。

微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法制备的高质量金刚石在很多领域均有广泛应用前景。本研究采用9 kW微波功率，分别在13 kPa、14 kPa、15.5 kPa、17 kPa的腔室压力下进行薄膜沉积实验，发现在15.5 kPa、17 kPa的腔室压力下沉积的薄膜在中心区域出现异常生长情况，具体表现为中心存在明显的阶梯式凸起。为揭示薄膜中心出现异常沉积的原因，使用SEM和Raman分析薄膜表面形貌和质量，通过数值模拟进行沉积过程建模计算和分析功率密度和流场分布。结果表明在相同功率下，提高腔室压力，压缩等离子体，因平均自由程较短，扩散能力不足，将导致衬底中心区域比边缘区域更易密集生长，金刚石薄膜中心区域出现明显的阶梯。同时，薄膜整体的生长速率、均匀性、质量均会在超过压力极值后降低。

化学气相沉积(CVD)技术的发展使得金刚石优异的综合性能得以充分发挥，在诸多领域获得应用，并有可能实现跨越式的发展。色心使得金刚石量子加速器初步显示了巨大可行性，包括紫外激光写入窗口等诸多应用场景将金刚石的光、电、热和力学综合优势发挥到了极致，超宽禁带金刚石半导体应用将很快实现，金刚石的散热应用也在不断拓展。本文在总结CVD金刚石的制备方法和性能特点的基础上，根据金刚石的本征特点和应用领域，将其分为量子级、电子级、光学级、热学级和力学级五类，对各类金刚石的研究和应用状况进行了详细阐述，进一步明晰CVD金刚石目前的发展状态，对研判其未来发展趋势有重要意义。

采用微波等离子体化学气相沉积法通过控制痕量杂质制备了高质量单晶金刚石材料,并对其结构与光学性能进行综合评价。通过紫外可见吸收光谱和光致发光谱分析了晶体的杂质及含量;采用拉曼光谱、摇摆曲线及X射线白光形貌束分析了不同质量单晶体的晶体结构及结晶质量;通过偏光显微镜综合评价了不同质量单晶金刚石的晶体结构和缺陷。结果证明:获得的高纯单晶金刚石含有少量的缺陷、杂质,其位错应力场以聚集状均匀分布,高纯单晶金刚石与微掺氮单晶金刚石在紫外可见近红外波段的透过率最高可分别达到71.58%和71.27%,接近单晶金刚石的理论透过率(71.6%),且在本征红外吸收波段,高纯金刚石晶体相对微掺氮单晶金刚石,对称性较好,样品吸光度较小。控制痕量杂质制备的高质量单晶金刚石膜有望应用于光探测器探头和光学窗口。