Si、Ge、InP和GaAs四种单晶半导体材料是目前微电子器件中较为重要的电子材料。由于单晶体的各向异性及材料的外部加载方式不同，材料往往表现出不同形变与开裂行为，强度与断裂韧性存在面内的各向异性。开展这些性能的研究及对相关物理机制的深入理解对于提高微电子器件的可靠性具有重要的理论意义和实际意义。　　 本文选取了[001]取向的Si、Ge、InP和GaAs四种典型的单晶半导体材料作为研究对象，采用显微压痕和三点弯曲实验方法结合微观观察及统计分析系统地研究了四种单晶半导体材料的形变与开裂行为，强度与断裂韧性的面内各向异性以及动态断裂特征与加载速率间的关系。获得了如下研究结果。　　 1.压痕载荷作用下，Si和Ge的塑性变形以剪切断层为主，而GaAs和InP则通过滑移系的开动协调变形。　　 2.[001]取向Si、Ge、InP和GaAs四种单晶的显微硬度、弹性模量、断裂韧性表现出不同程度的面内各向异性。Si的数值在面内<011>方向出现最小值，面内<001>方向出现最大值；GaAs与InP的数值在面内<011>方向出现最大值，面内<001>方向出现最小值；Ge没有明显的各向异性。　　 3.四种材料的弹性模量(E)、硬度(H)和断裂韧性从大到小依次为Si、Ge、GaAs、InP。四种材料的H/E值在面内<001>方向上均为最大值，在面内<011>方向上为最小值。在各个面内方向上Si的H/E值均大于Ge，GaAs，InP三种材料。　　 4.压痕诱发单晶体的裂纹长度与压痕尺寸间存在线性关系。与GaAs和InP相比，Si、Ge具有较小的临界压痕尺寸和拟合直线斜率，这一临界压痕尺寸和直线斜率的变化规律分别与材料的硬度和断裂韧性的变化规律相一致。　　 5.动态断裂实验结果表明，低加载速率下断口上羽毛区长度与镜面区长度的比值大于较高加载速率下的比值：相同加载速率条件下，Ge的比值略高于Si的比值；在较高加载速率下InP和GaAs的比值相近，而低加载速率下GaAs的比值高于InP的比值。