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金刚石具有宽带隙、高击穿电压、高电子空穴迁移率、低介电常数及超硬、高热导率、抗辐射、化学稳定性好等优异性质,在电子电力功率器件、紫外发光二极管、固态自旋量子器件等方面具有其他材料不可替代的作用。金刚石作为第三代半导体材料在半导体器件的基础和应用研究中取得了重要进展,实现金刚石在半导体器件的应用,关键问题是获得高性能p型和n型掺杂,目前浅施主能级n型掺杂尚是具有挑战性的难题,虽然硼掺杂p型金刚石受主能级较浅（～0.37 eV）,但仍不适合常温条件下器件应用。氢终端金刚石表面具有p型半导体特性,可形成具有极低活化能的二维空穴气（Two dimensional hole gas,2DHG）,已应用到制作高性能金刚石场效应晶体管（Field Effect Transistor,FET）器件。为提高金刚石基半导体器件的性能,氢终端金刚石表面电导及相关器件性质方面存在诸多需要深入研究的课题。本文围绕半导体金刚石氢终端表面及器件,开展紫外/臭氧处理调制氢终端表面的电学和浸润性,氢终端金刚石金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET）稳定性,氢终端金刚石金属-半导体场效应晶体管（Metal-Semiconductor Field Effect Transistor,MESFET）抗辐射特性等相关研究。获得如下研究结果:1、利用紫外/臭氧对氢终端金刚石表面进行氧化处理过程中,改变紫外/臭氧处理时间调制氢终端金刚石表面氧吸附浓度、浸润性、导电性质。通过X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）分析,随着紫外/臭氧处理时间增加,更多氧（O）原子通过化学吸附,取代表面氢（H）原子,改变金刚石单晶表面H/O终端状态。考虑金刚石本征特性（氢终端疏水性、氧终端亲水性）及单晶光滑表面,浸润性随紫外/臭氧处理时间的关系和表面O吸附比例变化相关,与XPS分析结果一致。霍尔效应测量结果表明,氢终端金刚石单晶电阻（空穴迁移率）随紫外/臭氧处理时间增长,表面电阻（迁移率）增大（减小）,与XPS和润湿性的变化规律一致。证明了通过改变紫外/臭氧处理时间（以分钟或秒为单位）,改变金刚石表面氢及氧终端浓度比例,调控金刚石表面的浸润性和电输运性质,为金刚石基电子器件表面功能化及电学性质调控提供了重要的参考数据。2、通过在电流-电压（I-V）特性测量过程中扫描不同方向栅极电压,开展基于氢终端金刚石MOSFET器件（该结构的栅介质为低温原子层沉积氧化铝,ALD-Al2O3）稳定性研究。栅极电压从反向到正向（reverse to forward,RF）和正向到反向（forward to reverse,FR）两种变化条件下测量氢终端金刚石MOSFET器件漏极电流密度(Ids)与漏极电压(Vds)特性曲线。对于RF和FR方向栅极扫描,在同样电压情况,Ids存在差异。在扫描中观察到迟滞现象。当固定漏极电压Vds=-6 V,不同方向扫描的阈值电压不同,RF方向Vth=16.4 V,FR方向Vth=15.1 V。RF和FR扫描方向的栅极泄漏电流测量结果表明,在低栅极电压下,泄漏电流极低,FR方向扫描可降低栅极泄漏,说明ALD-Al2O3层具有良好的绝缘性。在低漏极电压下,亚阈值摆幅（subthreshold swing,SS）值变化很小,而在较高漏极电压下,SS值增大。较高漏极电压下,器件沟道不能完全夹断,跨导（gm）随着漏极电压增大而增加,在RF方向上扫描gm更大。对于RF和FR方向扫描过程中转移特性迟滞现象,通过施加栅偏压后漏极电流密度随时间关系测量,归因于在氢终端刚石表面附近的ALD-Al2O3边界处深能级电荷陷阱,导致了氢终端金刚石MOSFET不稳定性。3、研究了X-射线辐射情况下氢终端金刚石金属-半导体场效应管（MESFET）的性能变化。器件在X-射线辐射前后,漏极电流密度发生了较小的变化,而辐射后跨导（gm）明显小于辐射前gm。一方面说明金刚石基半导体器件的抗辐射特性,另一方面在一定辐射强度的作用下,发现辐射诱发氢终端金刚石产生空穴和电子,在电场中被加速,高能量空穴会轰击栅极处C-H键,导致氢转移到界面上形成界面陷阱态,使辐射前后器件性能发生改变。本结果为深入分析降低X-射线辐射对金刚石MESFET器件性能的影响提供了重要实验数据。金刚石被认为是最重要的第三代半导体材料之一,金刚石基器件的性能与表面及界面的结构和性质密切相关。本论文在氢终端金刚石表面进行氧终端处理、MOSFET器件稳定性测试及MESFET器件抗X-射线辐射等方面做了系列的工作,该结果为深入分析金刚石材料及器件在各种环境气氛中结构和性能变化,解决金刚石器件应用过程中遇到的相关问题,设计和制造新型金刚石基半导体器件,提供了实验数据和方案思路。