针对大功率折叠波导行波管 (TWT)对高导热衰减材料的迫切需求, 开展了硼掺杂金刚石膜制备和介电性能研究, 在此基础上研制出硼掺杂金刚石衰减器并探究衰减器性能的热稳定性。研究结果表明, 硼掺杂浓度为 1.81×1019 cm -3的金刚石膜, 在 W波段介电常数和损耗角正切平均值分别为 7.18和 0.30; 随着环境温度从室温升高至 90 ℃, 在 85~110 GHz范围内, 硼掺杂金刚石衰减器的 |S11 |由 19.67 dB提高至 20.94 dB, |S21 |由 44.03 dB提高至 45.63 dB, 呈现出较高的热稳定性。

金刚石是一种具有优异性能的极限性超硬多功能材料。人工合成的金刚石可通过掺杂的方式使其具有各种独特的性质。掺硼金刚石兼具p型半导体的导电特性和金刚石自身优良的物理和化学性能，在**、医疗、勘探、科研等领域具有极高的应用价值。本文基于本课题组高温高压(HPHT)法合成的系列掺硼金刚石以及硼协同掺杂金刚石单晶，进行了硼掺杂金刚石、硼氢协同掺杂金刚石以及硼氮协同掺杂金刚石的合成和性能特征等方面的研究。通过表征合成样品在光学、电学方面的性能，探讨了不同掺杂添加剂对合成金刚石性能的影响，为合成高性能的半导体金刚石提供了思路。

掺硼金刚石在原有金刚石高硬度、高稳定性、良好的生物相容性等优良性能的基础上, 具有半导体甚至低温超导特性, 以及宽的电化学势窗、低背景电流等电化学优势。目前, 掺硼金刚石膜被公认为是极佳的电化学电极材料, 大量研究工作集中在硼的掺杂方式、掺硼金刚石膜微观形貌控制、掺硼金刚石膜表面修饰等方面, 以优化掺硼金刚石膜的性能, 拓展其应用空间。本文基于对掺硼金刚石结构的认识, 综述了其电学及电化学性能研究进展, 阐述了其主要制备方法。并分析了掺硼金刚石膜作为电极在消毒杀菌、废水处理、超级电容器、生物传感器等领域的应用现状及前景。

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法，探究了化学气相沉积硼掺杂和氮掺杂金刚石的吸附生长过程：建立了一端为氢终止表面的金刚石基底模型以及单个氮取代或单个硼取代的掺杂金刚石基底模型，并计算这些模型的最优稳定结构；研究了不同碳氢基团(C、CH、CH2、CH3)、硼氢基团(B、BH、BH2)和氮氢基团(N、NH、NH2)在有活性位点的不同基底上的吸附过程和吸附难易程度。对比计算结果表明：硼原子和氮原子能通过原位取代的方式掺杂进入金刚石晶格中，并且带有两个氢的基团(BH2、NH2)是最有利的掺杂基团；氮原子通过取代进入金刚石晶格中后，难以形成氮二聚体，不能大量掺杂，而硼原子较易形成硼二聚体，可以实现大量掺杂。

提出了双激光沉积掺杂薄膜技术，利用准分子纳秒激光和飞秒激光分别烧蚀石墨和锗靶材，保持准分子纳秒激光的参数不变，而将飞秒激光的脉冲频率逐次由0提高至500 Hz，在硅基底上获得锗含量逐次增大的掺杂类金刚石膜。实验结果表明：随着锗掺杂量的提高，锗掺杂类金刚石膜的折射率略微增大，消光系数增大7.3倍；表面硬度呈近似的线性降低，降低幅度约为41.3%；内应力呈非线性减小并在某值趋于稳定，降低幅度约为78.1%。牢固度实验结果表明，锗掺杂量的提高可以增强类金刚石膜在基底上的附着性能，但不利于其对溶液的耐腐蚀性。研究结果为不同应用目的的掺杂类金刚石膜及其复合膜层的设计提供了实验基础，且研究方法具有很强的可扩展性，不仅仅限于实验所限薄膜范围。

研究了B掺杂金刚石膜的负电子亲和势(NEA)的行为。对于B2H6/CH4为10 mg/L和2 mg/L的样品, 一次电子能量为1 keV时最大二次电子发射系数(SEE)分别达到18.3和10.9。值得注意的是, 这两个样品在测试前已在大气中搁置了几个星期, 并且测量前未经过任何处理。如此高的SEE表明, 样品在大气中暴露后NEA效应仍得到了保留。另外, 10 mg/L B2H6/CH4 掺杂样品在酸溶液中处理后NEA消失, SEE较低, 而在真空中加热后NEA 明显恢复, SEE在1 kV时达到10.2。

采用微波等离子体化学气相沉积设备在高掺杂硅衬底上沉积了一层金刚石薄膜，然后采用离子注入法在金刚石薄膜中注入不同剂量的Ce3+,从而制备出了Ce3+掺杂的金刚石薄膜。研究了其电致发光特性, 得到了发光主峰位于蓝区(476 nm和435 nm处)的光发射。实验中发现随着Ce3+注入剂量的增加，电致发光强度也随之增加。

非金属掺杂类金刚石(DLC)膜可以优化纯类金刚石膜的一些性能。例如：掺磷DLC膜电阻率小，还可以明显提高其血液相容性；掺氮DLC膜不仅电阻率小，可作为半导体材料，还具有热稳定性好的优点；掺氟DLC膜在憎水性、耐蚀性、热稳定性和降低介电常数等方面更为优异；硅掺杂使膜中氢含量减少、内应力减小、粗糙度和摩擦系数降低。对非金属掺杂DLC膜的进展做了概括及分析，展现出其广泛的应用前景。