本文提出一种新型的方法来消除晶界处的非晶碳相和缺陷，从而改善金刚石薄膜的质量。通过在金刚石薄膜沉积过程中掺杂其他元素来构建纳米金刚石复合结构，使碳原子迁移扩散充分。最终改变超纳米金刚石薄膜的微观结构来控制其宏观性能。采用密度泛函第一性原理研究了M–C原子在清洁金刚石（001）表面和氢终止金刚石（001）表面的吸附和迁移行为。首先，考查了单原子M在清洁金刚石（001）表面的吸附和迁移。然后，考查了1C1M二粒子岛和2C1M三粒子岛在清洁金刚石（001）表面的构型演变来研究M元素添加的作用。最后，考查了单个Nb原子在不同程度去氢氢终止金刚石表面的吸附和迁移来研究氢空位的数目和位置对Nb原子在金刚石表面的吸附和迁移的影响。分析计算结果得到以下结论：　　(1)对V、Nb、Ta、Se、Ge、Al、As几种元素在清洁金刚石表面与C原子组成1C1M岛的研究中发现，Nb和Se更适合做掺杂元素，因为1C1M二粒子岛由BRC构型演变到C–CL/M–OP和M–CL/C–OP构型的构型演变激活能小而且接近，说明M和C原子一样容易吸附在金刚石表面和迁移扩散。　　(2)第五副族元素单粒子在清洁金刚石表面的六个高对称位的吸附势能面趋势相同，说明迁移路线一样。V、Nb、Ta在各点的吸附能依次递增，说明迁移扩散越来越困难。Se单原子在金刚石（001）表面吸附能较小，吸附能之间的差值较小，说明单个Se原子在金刚石表面迁移扩散容易。而且相比于C原子，V、Se原子更容易在金刚石表面脱附和迁移扩散。并且趋向于扩散到金刚石晶粒外形成界面替代sp2键和缺陷，稳定金刚石的结构，有利于提高薄膜的质量。　　(3)对于1C1M二粒子岛在清洁金刚石表面的研究中发现，C原子的迁移扩散是通过BRC构型演变到 M–CL/C–OP构型实现的。发现Se原子有助于C原子在金刚石表面沿着二聚体链的迁移扩散。　　(4)对于2C1M三粒子岛在清洁金刚石表面的研究中发现，Nb和Se原子的添加促进了二聚体中碳原子沿着二聚体链的迁移扩散。　　(5)对于单个Nb原子在氢终止表面的研究中发现，Nb原子在单层氢终止表面是物理吸附，Nb原子在去氢氢终止金刚石表面的吸附能和迁移激活比在清洁金刚石表面的低，说明有H的存在下促进了Nb原子的迁移扩散。随着去氢的个数增加总体吸附能增加，说明氢脱附产生的碳空位越多， Nb原子在活性碳空位周围的区域吸附越牢固。证明氢的存在对Nb原子在金刚石表面的吸附起到很大的作用。　　(6)通过控制氢脱附产生的活性C空位的数目和位置，可以控制Nb原子的迁移扩散方向，使其沿着二聚体链的迁移扩散容易。而且Nb原子会由氢吸附的区域向氢脱附的区域迁移。实现Nb在金刚石表面的选择性生长。　　通过本文的研究，明确了M粒子在清洁金刚石表面和不同程度氢终止表面的吸附和迁移行为，了解了1C1M二粒子岛和2C1M三粒子岛的构型演变规律，从微观原子层面上研究了M原子的添加对C原子迁移扩散的影响。得出制备UNCD时Se元素适合做掺杂元素，在有氢气的情况下，氢空位的个数和位置对Nb原子的吸附和迁移有着很大的影响。