金刚石（禁带宽度5.47 eV）作为超宽禁带半导体材料中的一员,因具有高热导率、高载流子迁移率、高击穿电场以及耐辐射强度等性能,在新一代深紫外光电器件、高压大功率电子器件等领域具有显著的优势和巨大的发展潜力。另一方面,金刚石中由氮杂质引起的氮空位色心（Nitrogen-Vacancy center,NV center）由于具有出色的光子发射稳定性和长的自旋相干时间,在温度测量中具有非常高的测量精度和高的空间分辨率,因此在纳米尺度的温度传感领域得到了广泛的研究。同时作为金刚石禁带中的深能级杂质缺陷,NV中心易成为载流子的复合中心,严重限制探测器的性能。因此降低金刚石中的氮杂质含量对于提高单晶金刚石的质量,进而促进金刚石在探测器领域的应用具有重要意义。本文以高温高压（High Temperature and High Pressure,HPHT）金刚石作为生长衬底,采用微波等离子体化学气相沉积（Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition,MPCVD）法,在衬底上同质外延生长单晶金刚石。分别研究了不同氮掺杂含量下的金刚石中NV中心的温度依赖特性,然后基于低NV缺陷中心的单晶金刚石,采用金属镍催化转化生成石墨烯的方法,制备出以石墨烯为电极的金刚石全碳光导型深紫外光电探测器。在本文中,通过在CVD金刚石的生长过程中引入不同含量的N2,获得均匀分布有NV中心的单晶金刚石。通过光致发光（Photoluminescence,PL）光谱分析表明,随着氮含量的增加,NV中心的零声子线强度先增加后降低,说明氮含量的持续增加反而会抑制金刚石中NV中心的形成。此外,通过研究金刚石NV中心从80 K到300 K温度范围内拉曼光谱和PL光谱的变化,我们发现随着温度的升高,金刚石中电子-声子散射相互作用增强,从而导致NV中心的两种电荷态NV0和NV-的零声子线位置发生偏移、幅度减弱以及半高宽（Full Width at Half Maxima,FWHM）发生非线性展宽等现象。NV中心的零声子线随着温度的变化发生偏移,表明NV中心的能级对于温度具有依赖特性。传统半导体材料能级的温度特性可以采用Varshni模型来描述,然而由于金刚石具有非常高的德拜温度以及较小的热膨胀系数,使得传统Varshni模型不再适用。为此本文提出采用修正的Varshni公式对金刚石中NV中心能级的温度偏移特性进行拟合,结果显示修正的Varshni模型拟合的曲线比传统的Varshni模型具有更高的拟合精度,这表明金刚石NV中心的能级温度依赖特性是一种固有特性,且不受掺杂氮含量的影响。最后基于NV中心这种能级偏移特性,提出了一种基于NV中心的温度检测方法,该方法对温度的检测精度能够高达98%,表明了基于NV中心能级的金刚石温度传感的可能性。除了NV中心温度特性的研究,本文还以金属Ni作为催化剂,通过高温退火的方式,在低NV缺陷中心的金刚石上原位转化生成石墨烯,从而制备了以石墨烯为电极的全碳金刚石“日盲”光电探测器。在三个单晶金刚石表面上分别设计了三种梳齿型电极结构,电极间距分别为100μm、150μm和200μm,电极的宽度均为100μm,长度为2 mm。通过分析拉曼光谱中位于1580和2700 cm-1处强烈的G峰和2D峰,表明金刚石的表面生成了石墨烯。针对这三种梳齿型电极,分析了3个金刚石探测器样品的电流-电压（I-V）特性曲线和光谱响应特性。结果表明3个样品中石墨烯电极和金刚石之间均形成了良好的欧姆接触性能。在相同的偏压下,随着电极间距的增加,探测器暗电流在逐渐降低。当电极间距为150μm时,探测器表现出了较大的峰值光电流,开关比达到了102级别。在光谱响应方面,当外加偏压为15 V时,探测器的响应峰值出现在220 nm处,峰值响应率达到248 A/W,与280 nm波长的响应抑制比为:R220/R280=32.2。此外,电极间距为150μm的金刚石探测器最大的光导增益,达到了1.4×103,在15V的外加偏压下,探测率（D*）为3.1×1014 cm·Hz1/2·W-1/2,高出另外两个器件1～2个数量级。因此光电探测器的高性能可以归因于高质量低缺陷的单晶金刚石的制备以及合理设计的电极结构。