为了开发n型半导体金刚石薄膜和提高金刚石薄膜的机械性能,本项目提出出了一种新型的Si-N共掺杂金刚石薄膜,采用了第一性原理计算方法研究Si-N共掺杂金刚石薄膜的晶体结构和电子结构,使用微波等离子化学气相沉积工艺（MPCVD）制备Si-N共掺杂金刚石薄膜并开展相应的检测,从两方面研究Si-N共掺杂纳米金刚石薄膜的结构与制备。理论计算方面,为了找到Si-N共掺金刚石薄膜的结构形式以及研究Si-N共掺对金刚石缺陷能级和电子结构的影响,本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算对Si-N共掺金刚石进行研究。并且根据Si掺金刚石薄膜可能会出现3C-SiC的现象,分别计算Si-N共掺金刚石和N掺3C-SiC两种情况。根据形成能计算找到Si-N共掺的结构形式,并继续计算缺陷离化能,能带,态密度和差分电荷来分析Si-N共掺对金刚石电子结构的影响。在实验制备方面,我们通过掺杂金刚石薄膜文献和我们一直以来的研究成果相结合分析认为Si-N共掺杂金刚石薄膜可能生长高度（110）择优取向的纳米金刚石晶粒,使薄膜的硬度和模量得到提升。因此使用MPCVD工艺,以四甲基硅烷（TMS）作为硅源进行Si掺杂金刚石薄膜制备实验并使用扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线衍射仪（XRD）、拉曼光谱仪（Raman）和纳米压痕仪对样品进行表面形貌、微观结构和机械性能的表征来确定合适的Si掺杂实验参数。在确定的Si掺杂参数基础上,继续采用NH₃作为氮源进行Si-N共掺薄膜制备实验并对样品进行SEM形貌表征。通过计算和实验,得到以下结果:由形成能计算,我们得出Si-N共掺体在金刚石超胞中的形成能很大,在6.978eV-13.208 eV之间,说明Si-N共掺体掺杂浓度很低,很难进入到金刚石中。而N掺3C-SiC中C位的形成能很小,是0.150 eV。说明Si-N共掺金刚石很可能形成N掺3C-SiC/金刚石复合薄膜。缺陷能级的计算说明,Si-N共掺使施主缺陷能级可到导带底下E_C-0.54 eV,改善了N单掺金刚石非常深的的施主能级E_C-1.70 eV,降低薄膜在室温下的电阻值。能带,态密度与差分电荷计算说明Si-N共掺使金刚石变为n型半导体。并且由于Si原子的掺入,使N在CBM处的能量减小,N引入的自由电子远离N原子,有较大的运动空间,因此施主能级有了极大的改善。N置换掺杂3C-SiC的C位也为n型掺杂,且有非常浅的缺陷能级,为导带下0.025-0.149 eV。这说明Si-N共掺金刚石所得到的复合薄膜拥有较好的半导体性质,室温下的阻值可能会得到良好的数据。实验结果表明,Si单掺金刚石薄膜的CH₄通量一定时,增大TMS的通量会使薄膜中的金刚石晶粒得到细化且随着通量上升,晶粒尺寸越小。并发现适当的TMS通量可以提高晶界中非晶碳相的占比,使薄膜的硬度提高。当TMS通量一定时,增大CH₄通量也会使金刚石晶粒尺寸变小,但会引入更多的缺陷,使薄膜表面质量下降,机械性能变差。而Si-N共掺杂纳米金刚石薄膜的制备实验,随着NH₃通量的上升,薄膜表面的纳米晶粒尺寸在逐渐变大。Si掺杂可以增加薄膜二次形核,细化晶粒的作用逐渐变弱。这表明N的加入促进了金刚石的结晶化。