金刚石材料是由碳原子组成的共价晶体，其通过碳原子的sp ³ 杂化形成共价键构成正四面体的结构。金刚石在宏观上经常呈现出八面体、菱形十二面体和立方体等晶体形态。金刚石特殊的晶体结构和极强的碳—碳共价键作用使得金刚石有着优异的性能，如超强的硬度、极低的动态摩擦因数、最高的热传导率、最低的热膨胀系数和很强的化学稳定性。

作为一种间接带隙的宽禁带半导体材料，其室温禁带宽度约为5.47eV，为所有元素半导体材料中带隙最宽的材料，它既可以作为有源器件材料（如场效应晶体管、电源开关），也可以作为无源器件材料应用于半导体技术领域。集力学、电学、热学、声学、光学、耐蚀等优异性能于一身，是目前最有发展前途的第三代半导体材料之一，在微电子、光电子、生物医学、机械、航空航天、核能等高新技术领域中将有极其广泛的应用前景。

纯净无杂质金刚石的最杰出特性之一是其极高的热导率，是目前已知室温热导率最高的固体材料，热导率约为金属铜的5倍，具有极高的品质因数，通常品质因数由饱和载流子速度和介电强度确定。如以硅的品质因数为1作为基准，那么砷化镓的品质因数为7，磷化铟的品质因数为16，碳化硅的品质因数为1138，金刚石的品质因数为8206。由于金刚石的固有特性和天然金刚石的稀有性，其加工制造技术十分困难，尤其是制造出满足电子学和光学应用的半导体金刚石，目前尚存在许多问题，为此，需要花大力气研究它的制备技术。

金刚石的晶格常数小，杂质原子的引入容易造成晶格畸变，因此大多数外来原子很难进入金刚石的晶格中。人工和天然金刚石中最常见的杂质是氮，按照氮的含量可以将金刚石分为Ⅰ型（含氮）和Ⅱ型（少氮）。金刚石的p型掺杂杂质为硼。利用微波等离子体技术，在金刚石同质外延过程中引入硼源，人们能获得高质量的p型金刚石。金刚石的n型掺杂则要困难许多，是实现金刚石双极性器件的关键。虽然金刚石中最常见的氮杂质是施主杂质，但是能级太深，很难获得理想的n型电导。于是人们转向金刚石中能级较浅的磷杂质，并实现了理想的金刚石的p型掺杂。

近几年，由于金刚石掺杂的突破，各种金刚石器件不断研制成功，包括深紫外光发光二极管、深紫外探测器、生物传感器、高压大电流肖特基二极管、高频高功率场效应晶体管等。通过比较金刚石和其他宽禁带半导体材料的功率材料品质因子（包括Johnson因子、Keyes因子和Baliga因子），可以发现金刚石的性能全面超越SiC、GaN和Si等半导体材料，具有作为高性能功率型器件的巨大潜力。