碳以非晶态的炭黑、石墨、碳-60(C60)、金刚石四种同素异构的形式存在其中石墨是由6个碳原子以sp2键组成蜂窝状的6原子环，许多6原子环连成层状，然后层与层相连，形成层状结构的石墨晶体;碳-60(C60)是由六十个碳原子组成球状结构的晶体;在金刚石的晶体结构中，每个碳原子都以sp键杂化轨道与4个碳原子形成共价单键。4个碳原子排列在四面体锥角顶端，而四面体的每个顶角均为相邻的4个四面体所共有。同素异构体由于结构不同，性能也完全不同。

在1952至1953年之间，美国Eversole采用循环反应法在600~1000℃和10~100Pa气压下分解含碳气体，在金刚石籽晶上生长出金刚石，首次证实了低气压条件下也能够制备出金刚石。采用这种循环高温热分解的方法往往需要金刚石作为衬底，金刚石属于同质外延生长，再加上循环过程，从而降低了金刚石的沉积速率(~1nm/h)，因此它的应用很不理想。1955年美国通用电器公司(GE)首次采用高温高压法(HTHP)制造出人造金刚石。由于它的硬度和耐磨性，人造金刚石在工业上有很宽的应用范围，包括切割或者加工机械零部件抛光或者研磨光学材料等。然而高温高压法(HTHP)也有较大的缺点，主要是HTPT法对设备要求苛刻，成本高，制造出的人造金刚石都是尺寸在纳米到毫米之间的小单晶颗粒，还不能用常规的方法加以锻造、加工、成型，而且也无法制成膜状的金刚石，因此只能利用其高硬度特性，限制了金刚石优良性能的开发利用。

1968年Angus等人采用低温低压化学气相沉积法(CVD)在天然金刚石上制备出金刚石薄膜，首次发现沉积过程中氢原子的出现会优先刻蚀石墨而不是金刚石。1982年Matsumoto等人在化学气相沉积(CVD)金刚石薄膜技术方面取得突破性进展，他们使用热丝(~2000℃)活化热丝附近的氢和碳化合物，使金刚石沉积到与热丝相距10mm的非金刚石衬底上。在金刚石的沉积过程中，石墨被氢原子刻蚀，从而免去了循环反应法要求的沉积与刻蚀交替循环的过程，提高了金刚石薄膜的生长速率，同时也改善了非金刚石衬底上金刚石薄膜的质量。从此，各种CVD金刚石薄膜制备技术不断地涌现、改进和完善。原子氢在金刚石薄膜生长过程中扮演的角色也在逐渐被人们所认识。金刚石的生长速率也在逐步趋近工业化标准的要求。除了化学气相沉积法(CVD)还有物理气相沉积法(PVD)能够沉积金刚石薄膜。