金刚石材料因其具有硬度大、禁带宽度大、载流子迁移率高和热导率高等优异的材料特性,在高频高功率器件的研发领域具有巨大潜力。近年来,国内的金刚石材料和器件发展较快,但仍存在单晶金刚石材料尺寸小、质量低和器件电学性能差等问题。基于此,本文对高质量、大尺寸单晶金刚石的生长及高性能金刚石基器件的实现展开了研究。本文研究内容和成果如下:1、基于微波等离子体化学沉积（MPCVD）设备分析和研究了甲烷、氮气和氧气对单晶金刚石生长的影响。仅改变甲烷浓度时,金刚石生长速度最高达15.5μm/h,继而附加氮气,得到单晶金刚石的生长速度高达31.4μm/h,但是金刚石质量有所下降,因此又加入了氧气辅助单晶金刚石的生长,发现生长后的金刚石质量显著提高,金刚石一阶拉曼峰半高宽仅为2.9 cm-1。获得的高质量的单晶金刚石衬底为后续高性能金刚石器件的实现奠定基础。2、采用马赛克拼接法成功实现了高质量、大尺寸单晶金刚石的生长。基于9块7 mm×7 mm的单晶金刚石衬底,通过优化的金刚石生长条件,成功制备了22 mm×22 mm的大尺寸高质量单晶金刚石。达到国内同类研究的前列。3、探索了不同氢等离子体处理条件对氢终端金刚石表面特性的影响。原子力显微镜（AFM）和范德堡霍尔对氢终端金刚石表面的测量结果显示,随氢等离子体刻蚀程度的增加,氢终端金刚石表面载流子迁移率μp呈现出先增大后减小的趋势,金刚石表面粗糙度（RMS）和表面方块电阻(RSH)呈现出先减小后增大的趋势。分析表明,将氢等离子体刻蚀时间控制在30 min时,氢终端表面粗糙度低（RMS=0.854 nm）、电学特性好(μp=76.2 cm~2/V·s,RSH=7.397 kΩ/sq)、表面载流子面密度高达1013cm-2,此条件下得到的氢终端金刚石表面特性最好,有利于后续高性能氢终端MOSFET器件制备。4、采用优化的氢终端金刚石作为衬底,研制出了栅长4μm,器件特性达国际水平的单晶金刚石MOSFET器件。对器件的电流-电压（I-V）特性和电容-电压（C-V）特性测试分析可得,器件的开关比高于10~9,栅极泄露电流低至10-7m A/mm,已达到国际已知最高水平。并且具有高达115 m A/mm的漏极电流、低至83.5Ω·mm（1670Ω）的导通电阻和高达25 m S/mm的峰值跨导,其亚阈值摆幅为104 m V/dec,栅下载流子浓度达1.14×1013cm-2。这些优异的电学参数证明高质量金刚石衬底和合适的氢终端处理工艺是制备高性能金刚石器件的必要条件。5、基于栅长4μm的器件制作工艺流程,本文进一步研发制备了栅长300 nm,栅宽50μm的金刚石MOSFET器件。对器件直流和频率特性进行分析得到,此器件的输出电流最高可达434 m A/mm,导通电阻低至16.4Ω·mm（328Ω）,获得器件的截止频率和最大振荡频率f T/fmax分别高达14.2 GHz和43.6 GHz。分析发现高跨导值118 m S/mm和宽阔的高跨导区（栅压在0.5～-1.7 V范围内,跨导值都在最大跨导值90%以上）是器件获得高输出电流,低导通电阻以及高的频率特性的主要原因。经对比,器件的直流特性和频率特性在已报道的亚微米器件中处于先进水平。