金刚石是能隙为5.5 eV的超宽禁带半导体材料,具有高临界电场强度（＞10MV/cm,是硅的30倍）、高载流子迁移率(～3000 cm~2·V-1·s-1,是硅的2倍),可在相同电压等级时实现更低的电容及导通电阻。此外,金刚石材料的热导率(～2000 W·m-1·K-1)也明显高于传统的硅、氮化镓、碳化硅及氧化镓等材料,大幅降低器件在散热方面的需求。因此,集多种优异性能于一身的金刚石被公认为理想的下一代功率器件材料,在电动汽车、光伏、军工等领域具备巨大的应用前景。为了实现产业推广,半导体材料需要达到高纯度、低缺陷密度、高载流子浓度与迁移率以及英寸级晶圆面积等要求。高品质大面积单晶衬底的制备技术仍是金刚石材料与器件商业应用面临的挑战。化学气相沉积法合成金刚石采用封闭式衬底托以避免边缘多晶产生。然而目前文献中空间位置变量少,这便成为首先要解决的问题。进一步则需在多种生长参量的耦合作用下寻找最佳生长条件。在生长结束后的降温阶段,为避免裂纹则需在降温开始前对金刚石进行原位处理。对于已经断裂的金刚石,我们进行修复以减少损失。此外,针对金刚石半导体器件在高温、高辐照等恶劣环境应用中的原位温度探测需求,我们设计了金刚石二极管温度传感器并验证了其在295～600 K范围内的探测性能。为解决上述问题,本文通过使用固态源微波等离子体设备,对使用封闭式衬底托生长单晶金刚石进行研究,具体创新内容如下:（1）优化空间位置,明确封闭式衬底托内金刚石的空间位置对生长模式调控作用,确定存在单晶生长区供籽晶重复生长。（2）针对金刚石在多参量耦合作用下的高速生长条件进行探索,确定多参量耦合下生长速率变化趋势,明确高速生长区范围,同时实现平滑边缘的生长结果。（3）对产生裂纹的金刚石进行应力畸变分析,通过原位退火进行应力调控,减少外延层裂纹产生。采取高温退火处理,减少内部氮元素杂质,改善光学性能。（4）通过原位拼接法对断裂金刚石进行修复,使晶片重新生长为一个整体。测试结果证明修复后结晶质量良好,不存在应力畸变,断裂风险被有效消除,可重新投入生长使用。（5）在肖特基-PN结结构二极管上实现金刚石温度传感器设计,在1×10-3A/cm-2的小电流密度条件下灵敏度可达5.31 mV/K。