类金钢石是碳的一种非晶态，它含有大量SP³键和部分SP²键，由于金钢石或SP³键合碳在热力学上是亚稳相，由SP²键转变为SP³键存在较大的激活势垒，因化合成DLC薄膜需要非平衡态的过程以获得非平衡态的SP³键合碳。最早合成DLC的方法是采用CH₄为源气体的低温化学沉积方法。现阶段DLC 的合成方法可分为两类：化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）。前者主要有离子束辅助沉积、离子体(直流和射频)辅助沉积、微波放电等；后者主要有阴极电弧沉积、溅射沉积等。

1、离子束沉积DLC薄膜

在Ar的等离子体中，通过溅射碳电极产生碳离子，在偏压的作用下将离子萃取出来并导引到基片。该方法的优点是工艺容易控制；产生的离子束能量在较窄的范围内分布而且具有特定的方向性；在沉积过程中，具有几到几千电子伏特能量的离子撞击生长膜的表面导致亚稳相的产生。

离子束沉积有两种类型，第一种为直接离子束沉积，组分、能量和流量均可控的离子束直接射向基片，撞击离子同时提供沉积原子和轰击粒子，轰击效果可改善薄膜质量。第二种为离子束辅助沉积，气体离子源提供非平衡离子能量，离子束提供改善薄膜形成的轰击能量。该技术可保持高真空状态和离子能量的不降低，使基片污染大大降低。

2、阴极电弧沉积

从阴极电弧发射出来的离子流与靶成分密切相关，并具有较高的能量，处于激发态。高密度的阴极电流引起阴极材料剧烈发射，大多数发射物在与阴极点有关的等离子体中被离化。对于碳阴极，发射物主要是C⁺离子，能量在几十电子伏特。现阶段改进的电弧技术为过滤阴极电弧技术，在该技术中，中性料子和大粒子从等离子束流中被清除出来，只有荷电离子及簇团达到出口并沉积到基片上，该方法制备的DLC膜具有高硬度、高密度的特点。

3、溅射沉积

使用能量为1keV的Ar⁺离子束溅射石墨靶，溅射出来的碳原子沉积到基片上，为生长薄膜提供轰击的Ar⁺离子束可促进SP³键的形成，但同时使薄膜存在较大内应力。

4、等离子体辅助化学气相沉积

等离子体辅助化学气相沉积（PECVD）是制备DLC最普通的方法。是通过碳氢化合物气源的射频等离子体沉积，且需在基片上施加负偏压。

在反应过程中，反应气体从进气口进入炉腔，逐渐扩散至样品表面，在射频源激发的电场作用下，反应气体分解成电子、离子和活性基团等。这些分解物发生化学反应，生成形成膜的初始成分和副反应物，这些生成物以化学键的形式吸附到样品表面，生成固态膜的晶核，晶核逐渐生长成岛状物，岛状物继续生长成连续的薄膜。在薄膜生长过程中，各种副产物从膜的表面逐渐脱离，在真空泵的作用下从出气口排出。