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在Moore定律的推动下,晶体管尺寸逐渐缩小,集成电路集成度越来越高,当特征尺寸进入到纳米量级,晶体管性能会受到小尺寸效应的影响。包括SiGe材料在内的应变Si技术,以其诸多优点成为现阶段保持Moore定律、同时提升器件性能的新材料技术。SiGe虚拟衬底主要是通过SiGe与Si材料间的晶格失配在沟道中引入应变。因而要实现性能优良的应变Si/SiGe器件需要制备出高质量的弛豫SiGe薄膜。良好的SiGe虚拟衬底要有高弛豫度、低缺陷密度、低表面粗糙度以及较薄的厚度,但这几项指标之间互有影响甚至互相对立。为了获得高质量且薄的SiGe虚拟衬底,本论文通过对SiGe合金材料应变弛豫机理的研究,设计出制备超薄SiGe虚拟衬底的方案并成功制备,并针对离子注入致超薄SiGe虚拟衬底应变弛豫的过程构建模型。本论文从SiGe和Si的晶格失配入手,阐明了SiGe中应变产生的原因;通过分析SiGe中应变弛豫与SiGe/Si界面处失配位错的关系,解释了SiGe外延薄膜应变弛豫的机理,给出了常见的临界厚度模型。本论文在研究位错与应变弛豫关系的基础上,结合SiGe合金的制备技术及常见的虚拟衬底的实现方法,设计出两种超薄SiGe虚拟衬底制备方案,经对比选择后采用Ar+离子注入的方案。针对此方案设计实验条件并成功制备出厚度仅为200nm的超薄SiGe虚拟衬底;同时研究了虚拟衬底的测试表征技术,对制备成功的超薄虚拟衬底进行测试、计算及分析,结果表明虚拟衬底的Ge含量为19.93%,弛豫度高达81.51%。本论文针对离子注入致超薄SiGe虚拟衬底应变弛豫的过程进行了建模。针对弹性多层薄膜系统,本文在已有的热应力失配模型的基础上,建立了由晶格失配引起的多层薄膜系统的应变分布物理模型,并推导出了其解析表达式;并进一步考虑到离子注入所导致的空位缺陷,将其纳入到多层薄膜系统的应变分布模型中,给出了离子注入所致的空位缺陷密度与弛豫度之间的解析关系式;将此模型应用的Si/SiGe双层系统构成的虚拟衬底中,得到了与实验数据较好的吻合。另外,本章探讨了Ar+离子注入后在材料中的分布对SiGe中杨氏模量的影响,由此出发构建了数值模型。