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本文提出一种新型单晶式多晶体(Single Crystal Like PolyCrystalline, SCLPC)纳米金刚石复合薄膜来提高纳米金刚石薄膜的性能和质量。采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究diamond/Si型单晶式多晶体纳米金刚石复合薄膜的形成机理。根据化学气相沉积方法的工艺特点和纳米金刚石薄膜的生长机理建立计算模型，依次对薄膜的形核、生长和界面结构进行研究。首先，考察硅表面和金刚石表面的特点及粒子在硅表面和金刚石表面的吸附行为来探寻薄膜的形核机理。然后，考察H原子和活性基团（C、CH、CH2和CH3)在金刚石晶核表面的吸附演变来查清薄膜中晶粒的生长机理。最后，考察C和Si原子在薄膜中的演变行为和C-Si界面的稳定性来探寻界面的结构、形成条件和Si原子在界面形成过程中的作用。分析结果得到以下主要结论：（1）在Si(001)表面，表面缺陷率为12.5%时的结构最利于金刚石形核。与diamond(001)表面比，H原子更容易从Si(001)表面脱附，Si原子能够减少或消除薄膜中的杂质H原子。在diamond(001)表面，Si原子比C原子更易扩散，并且趋向于扩散到金刚石晶粒外形成界面。完整diamond(001)表面能约为Si(001)表面能的四倍，含碳基团优先选择diamond(001)表面吸附生长。（2）金刚石薄膜生长过程中，激活H原子不仅可以稳定金刚石表面，而且能打开表面碳碳双键（或石墨键）和萃取表面C-H中的H原子产生活性位。CH2、CH和CH3基团在表面上的活性依次降低，CH2基团比CH3基团能够更好地提高薄膜的生长效率。CH基团阻碍了金刚石薄膜的生长，导致大量氢原子、非金刚石碳原子和空位产生，降低了薄膜的品质。（3）Si粒子比C粒子在薄膜中迁移激活能小，Si粒子能填补金刚石晶界上的空位缺陷，从而减少了非金刚石碳原子含量，稳定了金刚石的结构。同时，Si粒子与晶界上的C粒子结合形成C-Si界面。在diamond/Si复合薄膜中无法形成单层Si界面，而是会形成一种C和Si比为1:1的单层SiC界面，且这种由Si原子参与形成的界面更有利于薄膜的二次形核。通过本文的研究，明确了粒子在基底、晶核表面和界面上的吸附位置、扩散迁移路径及演变规律，从微观原子层面上了解到粒子在薄膜中的原位生长情况。diamond/Si复合薄膜中的Si原子能够有效稳定晶粒中C原子的金刚石结构，减少界面上的杂质氢原子，非金刚石碳原子和空位。Si原子和晶粒表面C原子形成的C-Si界面能够调控薄膜中晶粒的大小和形状，从而改进薄膜的性能，提高薄膜的质量。