單晶金剛石，與多晶金剛石相比，具有無晶界制約的特點，除了具有硬度高、熱導率高、膨脹系數低、化學穩(wěn)定性高、抗輻照能力強、絕緣性優(yōu)等優(yōu)良的物理化學性能以外，其光學性能與電學性能更優(yōu)，包括光學透過性高、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用在半導體、微電子、功率器件、聲學器件、激光器、探測器等產品制造中，還可以應用在量子通信技術中。
　　現(xiàn)階段，高品質單晶金剛石制備工藝主要采用化學氣相沉積法（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國，產量在全球總產量中的占比達到90%以上，但龍頭企業(yè)中采用MPCVD工藝的較少，代表性企業(yè)主要是國機精工等。
　　單晶金剛石物理性能、化學性能、導熱性、光學性質優(yōu)異，在光學應用中具有卓越優(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，可以制成半導體材料，是目前已經研究發(fā)現(xiàn)的性能最為優(yōu)異的寬禁帶高溫半導體材料，可用于大功率激光器、紅外光學窗口、探測器等制造中。
　　單晶金剛石摻雜稀土釹元素，可以進一步提升晶體的光學性能，但單晶金剛石結構緊湊，摻雜難度大，盡管其性能優(yōu)異，現(xiàn)階段技術研究進展緩慢。我國“十四五”國家重點研發(fā)計劃“新型顯示與戰(zhàn)略性電子材料”重點專項中提出，面向大功率激光應用的金剛石材料，開展單晶金剛石釹元素摻雜技術研究，開發(fā)釹源高效導入系統(tǒng)，突破高摻雜濃度關鍵工藝，有望推動我國單晶金剛石摻雜技術進步。
　　由于單晶金剛石摻雜技術難度大，我國部分高校與機構開始向其他能夠提升晶體性能的方向進行研究。2021年1月，哈爾濱工業(yè)大學與香港城市大學、麻省理工學院等合作，通過超大的彈性應變調控，從根本上改變金剛石的能帶結構，從而為彈性應變工程及單晶金剛石器件的應用提供基礎性和顛覆性解決方案。