金剛石薄膜一般都是多晶結(jié)構(gòu)。由于表面能大,產(chǎn)生較高的表面粗糙度，這是由于金剛石薄膜中的晶粒尺寸比較大，一般晶粒平均尺寸在 1μm 到幾十微米之問，這將嚴(yán)重影響金剛石薄膜在光學(xué)和電子學(xué)方面的應(yīng)用。為了克服這個缺點，必須減小金剛石薄膜晶粒尺寸，雖然機械拋光可以減小表面粗糙度，但金剛石薄膜非常硬很難拋光。因此,制備納米級尺寸金剛石薄膜將成為非常有效的途徑。

實現(xiàn)納米金剛石薄膜沉積的條件：首先,要有非常高的成核密度，如果金剛石薄膜的粒尺寸小于100 nm,則其晶粒密度大約為 101?/cm2，這樣金剛石薄膜的形核密度至少不小于101?/cm2。實際上,要真正實現(xiàn)納米金剛石薄膜的沉積，金剛石的形核密度應(yīng)該在101?/cm2以上。其次，要有非常高的二次成核率來抑制金剛石晶粒的長大以獲得納米級的金剛石薄膜。如果在金剛石生長的過程中沒有二次成核，則隨著晶核的長大,經(jīng)過一定時間后成為微米金剛石薄膜(MCD);在成核密度很高的情況下也會成為晶粒尺寸小于 100 nm 的納米金剛石薄膜(NCD);當(dāng)薄膜的生長過程中具有相當(dāng)數(shù)量的二次形核速率時，薄膜的生長過程伴隨著小晶體的生長和在生長的晶面上二次形校成新的晶體，則會成為晶粒尺寸為3~5 nm 的超納米金剛石薄膜(UNCD)。但大多數(shù)文獻(xiàn)對NCD 和 UNCD 不作區(qū)別。由于在 MCD 生長過程中，過量的H優(yōu)先刻蝕sp2相，從而穩(wěn)定金剛石相而抑制了二次成核，因此可以通過減少氨的比例使得在生長的晶面上允許一些sp2碳的存在以產(chǎn)生新的成核位。國內(nèi)外學(xué)者往往通過采用對襯底進(jìn)行不同預(yù)處理、加負(fù)偏壓,以及調(diào)整沉積工藝參數(shù)(氣體成分、溫度、壓力)等手段,或者多種方法聯(lián)合使用來提高形核密度或提高二次形核率，以達(dá)到制備納米金剛石薄膜的目的。