金刚石作为新兴的超宽带隙半导体材料的代表之一,具有载流子迁移率高、导热系数高等一系列优点。在金刚石材料研究方面,目前高品质金刚石主要采用微波等离子气相沉积MPCVD技术同质外延制备。然而,外延生长后,使用激光切割分离外延片将造成金刚石材料的显著消耗。大面积单晶金刚石同质外延目前主要靠马赛克拼接生长技术,对拼接衬底的形状和尺寸的重复性要求极高,靠激光切割获得这些高重复性衬底非常困难。在金刚石电子器件方面,一个重要的问题就是常用的硼、磷掺杂剂在室温下难以激活。因此基于氢终端金刚石表面p型电导制备高性能的电子器件如二极管和场效应管等仍然是金刚石半导体器件的研究热点。基于上述背景,在金刚石材料方面开展了金刚石lift-off工艺的研究,在金刚石器件方面开展了氢终端单晶金刚石电子器件的研究。主要的研究工作和结论如下:1.利用自主搭建的高压电解系统研究了一种与传统激光切割不同的金刚石分离工艺——lift-off剥离工艺,确定了可行的工艺步骤。通过多次试验确定了工艺条件:以正一价碳离子作为注入源,注入能量为400 ke V,剂量为2.5×10¹⁶cm^-2;电解腐蚀的电压4～5 k V,电流为2～30 m A。利用此方法成功制备了90μm厚1×1mm²大小的单晶薄片。解决了激光切割金刚石损耗大的问题,能够实现超薄单晶的制备和复制晶种。2.对lift-off法制作的CVD金刚石薄膜表面进行了AFM和拉曼光谱等表征,发现剥离下的单晶表面光滑粗糙度仅为1.8nm,拉曼光谱也表明外延薄膜具有良好的结晶质量。证明了用lift-off法制备的单晶质量优良且无需抛光等处理就可用于电子器件的制作。3.在单晶金刚石衬底上制备了平均击穿场强达1.2 MV/cm的氢终端金刚石平面环形肖特基势垒二极管。该器件具有良好的整流性能,正向电压为-4 V时,电流密度为5 A/cm²,低反向电流为～10^-7A/cm²。分析了器件的导电机理,提取出肖特基接触的势垒高度为1.01e V。比较了不同肖特基-欧姆间距或不同肖特基大小的器件的直流特性。另外,在10μm电极间距的器件上实现了1200 V的高反向击穿电压,这表明平均击穿电场达到1.2 MV/cm,与目前国际最高水平相当。4.制作了以高k介质氧化锆为栅介质的金刚石MOSFET器件,获得了器件的输出特性、转移跨导特性、C-V特性和栅漏电特性。栅长为2μm的器件,在-6 V的栅源电压下,漏极电流I_D为-143.6 m A·mm^-1,低导通电阻78.49Ω?mm。栅漏电特性在栅压为-2.5～-4 V范围内以F-N隧穿机制为主,在-5～-10 V时以欧姆机制为主。当V_GS在-1到-6 V之间时,沟道有效迁移率μ_eff为56.9 cm²·V^-1·s^-1。综上,本文包含金刚石材料和器件两方面的研究,材料方面获得了金刚石lift-off剥离法的工艺条件,并成功剥离了厚度90μm的金刚石外延片,外延片表面光滑、结晶质量良好。器件方面分别制作了氢终端金刚石高压二极管和氧化锆栅介质场效应晶体管,获得了较好的器件性能。