随着Si基器件特征尺寸减小、电路集成度和复杂性增强，出现的一系列涉及材料、器件物理、器件结构和工艺技术等方面的新问题，以及由此所带来的一些寄生效应（如漏电流增大、短沟道效应严重、热载流子效应和迁移率退化等）严重影响了器件和电路性能的提升。Si基应变技术能够提高载流子迁移率和器件性能，与传统Si工艺兼容，是当前国内外关注的研究领域和发展重点。迁移率是材料和器件的重要物理参数之一，对应变Si器件研究与设计具有极其重要的理论价值。目前，研究迁移率所采用的经验、半经验公式基于实验数据确定拟合参数，精确度高；Monte Carlo方法基于对粒子运动的微观描述，其核心是用随机数处理和散射相联系的随机过程。经验、半经验公式和Monte Carlo方法对应变Si迁移率增强机理体现不明显，本文建立的迁移率解析模型着眼于应变对Si材料性能的改变，物理意义明显，侧重研究应变Si载流子迁移率增强机理。本文重点研究应变Si载流子散射几率和迁移率，所建模型适用于任意晶面任意晶向、不同应力类型（双轴/单轴、张应力/压应力），可为应变Si新结构器件提供设计依据。主要研究工作和成果如下：1.建立考虑横向电势分布，包含短沟道效应的应变Si器件二维阈值电压模型，求解过程中纵坐标原点选在耗尽层边界，降低了计算复杂度；所建阈值电压模型精确度高，注重物理建模过程。依据所得结果分析弛豫SiGe虚拟衬底中锗组分、沟道长度、漏电压对阈值电压的影响，得到漏致势垒降低（DIBL）效应对小尺寸应变Si器件阈值电压的影响。研究结果发现应变对Si器件性能的影响主要体现于沟道材料性能参数的改变，所以沟道材料性能的提高对器件性能的改进起着关键作用。2.基于费米黄金法则和玻尔兹曼方程碰撞项，利用弛豫时间近似求解弹性散射、非弹性散射几率，依此建立电子/空穴的离化杂质散射、声学声子散射和谷间散射/非极性光学声子散射几率模型，并根据所建模型以生长在(001)SiGe衬底上的应变Si为例，研究分析双轴张应变Si电子/空穴散射几率，为应变Si电子和空穴迁移率研究奠定基础。3.基于电子散射几率模型，考虑电子的能量问题，建立关于平均动量弛豫时间的电子迁移率模型。以常用的(001)、(110)、(111)晶面为例，根据形变势理论研究双轴应变Si导带各能谷能级的移动、分裂情况，在此基础上得到电子能谷占有率，最后按照所建电子迁移率模型获得(001)、(110)、(111)晶面应变Si平行生长面两个垂直晶向和垂直生长面晶向在不同锗组分下，电子迁移率随杂质浓度的变化情况。结果表明张应变提高电子迁移率，压应变降低电子迁移率。4.空穴迁移率的提高对PMOS器件性能提高意义重大，因此对CMOS器件性能提高至关重要。本文考虑空穴能量及价带空穴占有率建立应变Si空穴迁移率模型，以常用的(001)、(110)、(111)晶面为例研究平行生长面的张应变Si和垂直生长面的压应变Si空穴迁移率，结果表明张应变能使空穴迁移率提高，压应变使空穴迁移率提高更大，从材料性能方面为PMOS器件设计提供设计依据。