金刚石是一种单质碳材料，其晶体结构为立方结构，C原子的电子轨道杂化方式为sp3。在金刚石中，每个碳原子均与其周围的4个C原子形成共价键，晶胞为正四面体结构，具有高对称性，单胞晶格常数为0.nm(K)。通过这些正四面体晶胞的重复堆垛，形成了金刚石晶体。
通常，纯净的金刚石极其透明，但若含有杂质原子，则可呈现不同颜色(如绿、黄、褐、蓝、紫色、橙色等)，其色彩取决于杂质种类及其含量。
金刚石的化学性质非常稳定，室温下很难与其他化学试剂反应，仅在KNO3、Na2CO3和NaNO3熔融液中，或者与K2Cr2O7和H2SO4，混合煮沸时，或者在空气中高于度时，其表面才稍有氧化。但相比于石墨，金刚石是亚稳的，在真空或无氧环境下，在度以上金刚石会向石墨转变;在空气中，转变温度更低(约度)。金刚石在氧气和空气中的燃点分别为～度和～度。
天然的金刚石极其稀有，微电子工艺中使用的金刚石大多是人工合成的，合成技术主要有两种，即高温高压法(HighTemperatureHighPressure,HTHP)和化学气相沉积法(ChemicalVaporDeposition,CVD)。HTHP在高温(大于度)、高压(大于Pa)下制备金刚石，其产率低，合成的金刚石尺寸有限，掺杂困难;而CVD在高温和氢气环境下使甲烷分解，其碳基团可在基片上沉积，或者在异质基底上外延生长出金刚石膜，所获的金刚石纯度高、尺寸大，可制得晶片级的单晶或多晶薄膜，且可获得P型和n型的金刚石。图10-37所示为在铱/蓝宝石表面异质外延生长的金刚石晶片(DiamondWafer)。
金刚石因其独特的分子结构，具有优异的物理性能。由于金刚石中的碳-碳之间的共价键极强，4个价电子饱和成键，故其硬度和熔点等极高。天然金刚石的密度为3.15-3.53g/cm3。熔点可达~度，硬度约为刚玉的4倍、石英的8倍;具有很高的折射率(2.
nm)，色散性能强(色散率为0.)，具有极高的反射率，其外观五彩缤纷，熠熠生辉;可透射的光谱范围很宽，除一部分近红外线外，从x射线至微波波段均可透过;其声传播速度极高(高于10的4次方m/s);具有极高的热导率，大于W/(m.K)，室温下约为铜的5倍，在液氮温区约为铜的25倍;热膨胀系数极小，在一38.8度时为0,0度时为5.6x10（-7）。金刚石是宽带隙半导体，能带隙为5.47eV，击穿场强达5-10MV/em,明显高于4H-SiC的3MV/em和CaN的5MIV/em;其电子和空穴迁移率分别为4cm2/(V.S)和3m/(V.S)，即使在K和K，其空穴迁移率仍然可达cm2(V.S))和cm2(v.);因光声子能量极高(Eopt=0.eV).载流子的包和速度很高，其电子和空穴的饱和速度分别达(0.85——1.2)10的7次方cm/s和(1.5~2.7)x10的7次方cm/s。金刚石的主要物理特性见表10-1。金刚石是宽带腺材料(Wide-BandgapMaterials).光学性能优异，可掺杂，载流子迁移率和饱和速度极高，击穿场强极高，可用于制备高温、大功率和恶劣环境下工作的器件，如肖特基二极管(SPND)、射频场效应晶体管(RF-FET)、双结晶体管(BJT)、表面声波(SAW)器件和微机电系统(MEMS)等;同时，因其具有优异的导热性，可作为电子封装中的散热材料和芯片的衬底材料。
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