單晶金剛石，與多晶金剛石相比，具有無晶界制約的特點(diǎn)，除了具有硬度高、熱導(dǎo)率高、膨脹系數(shù)低、化學(xué)穩(wěn)定性高、抗輻照能力強(qiáng)、絕緣性優(yōu)等優(yōu)良的物理化學(xué)性能以外，其光學(xué)性能與電學(xué)性能更優(yōu)，包括光學(xué)透過性高、光譜透過范圍寬、禁帶寬度大、電子空穴遷移率高、擊穿電壓高等。單晶金剛石可以廣泛應(yīng)用在半導(dǎo)體、微電子、功率器件、聲學(xué)器件、激光器、探測器等產(chǎn)品制造中，還可以應(yīng)用在量子通信技術(shù)中。
　　現(xiàn)階段，高品質(zhì)單晶金剛石制備工藝主要采用化學(xué)氣相沉積法（CVD），可生長大尺寸單晶金剛石，包括微波等離子體CVD法、熱絲CVD法、火焰CVD法、直流弧光放電等離子體CVD法等。其中，微波等離子體CVD法簡稱MPCVD，生長的單晶金剛石純凈度高、均勻性好、質(zhì)量穩(wěn)定，成為主流制備工藝。我國是全球最大的金剛石生產(chǎn)國，產(chǎn)量在全球總產(chǎn)量中的占比達(dá)到90%以上，但龍頭企業(yè)中采用MPCVD工藝的較少，代表性企業(yè)主要是國機(jī)精工等。
　　單晶金剛石物理性能、化學(xué)性能、導(dǎo)熱性、光學(xué)性質(zhì)優(yōu)異，在光學(xué)應(yīng)用中具有卓越優(yōu)勢，是一種理想的光電子材料。單晶金剛石通過摻雜其他元素，可以制成半導(dǎo)體材料，是目前已經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)的性能最為優(yōu)異的寬禁帶高溫半導(dǎo)體材料，可用于大功率激光器、紅外光學(xué)窗口、探測器等制造中。
　　單晶金剛石摻雜稀土釹元素，可以進(jìn)一步提升晶體的光學(xué)性能，但單晶金剛石結(jié)構(gòu)緊湊，摻雜難度大，盡管其性能優(yōu)異，現(xiàn)階段技術(shù)研究進(jìn)展緩慢。我國“十四五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“新型顯示與戰(zhàn)略性電子材料”重點(diǎn)專項(xiàng)中提出，面向大功率激光應(yīng)用的金剛石材料，開展單晶金剛石釹元素?fù)诫s技術(shù)研究，開發(fā)釹源高效導(dǎo)入系統(tǒng)，突破高摻雜濃度關(guān)鍵工藝，有望推動我國單晶金剛石摻雜技術(shù)進(jìn)步。
　　由于單晶金剛石摻雜技術(shù)難度大，我國部分高校與機(jī)構(gòu)開始向其他能夠提升晶體性能的方向進(jìn)行研究。2021年1月，哈爾濱工業(yè)大學(xué)與香港城市大學(xué)、麻省理工學(xué)院等合作，通過超大的彈性應(yīng)變調(diào)控，從根本上改變金剛石的能帶結(jié)構(gòu)，從而為彈性應(yīng)變工程及單晶金剛石器件的應(yīng)用提供基礎(chǔ)性和顛覆性解決方案。