金刚石材料是超宽禁带半导体材料的代表之一,在高频高功率电子器件等领域有着广阔的应用前景。然而,金刚石材料掺杂难,目前的金刚石基电子器件主要靠氢终端金刚石表面的二维空穴气来实现导电。该二维空穴气与氢终端金刚石表面性质密切相关,而不同晶面的单晶金刚石表面特性存在差异,因此为了金刚石基电子器件突破更高的性能,对不同晶面的单晶金刚石的对比研究是极其有必要的。此外,氢终端金刚石表面的二维空穴气浓度可迏10¹³cm^-2以上,所以氢终端金刚石MOSFET需要用高介电常数的栅介质来控制外加偏压下大的电荷响应,因此高k介质/金刚石结构的研究也是必不可少的。基于上述研究背景,本文开展的研究工作和结论如下:1.通过激光切割和抛光从同一金刚石母体样品上分别获得了（100）、（110）和（111）面单晶金刚石片,进行材料表征。AFM测试结果表明,氢等离子体处理后,（100）和（110）样品表面分别出现了密集的三角锥型刻蚀坑和大小不一的鹰眼状刻蚀坑,表面粗糙度增加,分析认为该刻蚀坑是原样品中延伸到表面的位错经过氢等离子体刻蚀后所得。PL和Raman测试结果表明三种样品的光学性质相似。霍尔测试表明（110）和（111）面样品的方阻近似相等,且明显低于（100）面。此外,（111）面样品的载流子浓度最大。2.分别基于（100）、（110）和（111）面单晶金刚石制备了栅长为6μm的Al栅MESFET器件A、B与C。在V_GS=-4 V时,器件C的导通电阻为48.51Ω·mm,大小只有器件A和B的67%,最大饱和电流为-80.41 m A/mm,近似为器件A和B的1.4倍。器件C的最大载流子浓度为1.45×10¹³cm^-2,近似是器件A和B的1.1倍。分析认为,器件C拥有高饱和电流和低导通电阻的主要原因是载流子浓度稍高,方阻更低。3.通过XPS测试分析氢终端多晶金刚石与Hf O₂薄膜之间的带阶结构。计算得到Hf O₂的禁带宽度为5.16±0.2 eV,Hf O₂/H-金刚石的价带带阶ΔE_V为1.98±0.2 eV,导带带阶ΔE_C为2.29±0.2 eV,从而得出完整的HfO₂/氢终端金刚石的带阶结构。4.以300℃ALD生长的HfO₂作为介质层和钝化层,在多晶金刚石上制备得到有/无栅-源间距的两种器件结构,源-漏间距皆为6μm,栅长分别为2μm（器件A）和6μm（器件B）。在V_GS=-8 V时,器件A的饱和电流为190.6 m A/mm,高于器件B的141.4 m A/mm,但是器件B的导通电阻为61.61Ω·mm,近似只有器件A的一半。器件B的载流子迁移率为37.1 cm²/V·s,且在-2～-8 V的大栅压范围内保持不变。器件A实现了高达200 V以上的击穿电压。此外,还表征了器件A的饱和区恒压应力下的稳定性。漏极电流前30分钟发生了12%～16%的退化,在后续的30分钟内趋于稳定,只发生了6%的退化。