随着MOS晶体管特征尺寸进入亚50nm尺度，器件中的短沟效应和DIBL效应日益严重，继续对传统结构的MOS器件进行等比例缩小已经面临诸多困难，UTBSOIMOSFET被认为是一种适合小尺寸器件的极具潜力的非常规器件结构。但是UTBSOIMOSFET也面临着一些严重的问题：超薄体会带来迁移率退化、阈值电压增大，以及严重的自加热效应，此外，高质量均匀的超薄硅膜难以实现，硅膜厚度的涨落会引起阈值电压及器件特性较大的涨落。 本文针对如何避免UTBSOI器件中存在的问题，提出了两种新型器件结构——SON(SilicononNothing)器件与SDON/SDOI(SourceandDrainonNothing/Insulator)器件，分析了这两种器件结构的优越特性，提出了制备SON材料的新方法，实现了这两种器件的实验演示，获得了良好的测量结果。提出了氢氦注入制备SON材料的新方法。考察了氢氦注入剂量与退火温度等参数对材料制备过程的影响，获得了制备SON材料的优化条件，并提出了两种特殊用途的SON材料制备方法。 考察了SON材料在电容、电导、掺杂分布、应力等方面的特性。发现SON材料中的衬底电容有明显减小，空洞层在材料中表现出了一定的高阻特性；通过拉曼光谱分析的方法发现SON材料中不存在明显的应力，保证了材料的可靠性与稳定性。此外，首次提出了在SON材料中注入大剂量的硅离子填充空洞层的方法，可满足器件制备的特殊用途。 提出了埋层为类真空介质的SON器件，并首次对SON器件的特性进行了系统的模拟研究，发现SON器件与相同埋层厚度的UTBSOI器件相比具有明显的优势，表现为：SON器件具有较小关态泄漏电流、较大的电流开关比和较小的亚阈值斜率，较好的DIBL效应与短沟效应抑制能力；SON器件在抑制DIBL效应的同时维持了较小的器件寄生电容；SON器件的电学特性对埋层厚度的变化不十分敏感，放宽了器件制备中对工艺的要求。 首次将SON材料应用于深亚微米SON器件制备，成功的完成了实验演示，获得了栅长为50nm的SON器件。这种制备方法的优点在于：与传统CMOS工艺完全兼容；利用这种in-house的技术，可在同一工艺过程中实现SON材料与SON器件，而且体硅器件与SON器件也可在同一流程中同时制备，给器件设计与工艺带来了很大的灵活性，同时降低了制造的成本。测量结果表明相同工艺条件制备获得的SON器件比体硅器件在泄漏电流与驱动电流方面都具有明显的优势，改善了器件的短沟效应；发现SON器件中反型层载流子迁移率没有出现退化现象，说明氢氦注入方法获得的SON材料的表层硅膜质量完全适用于器件制备，进一步表明了这种技术的可行性。 首次提出了一种新型器件结构——SDON/SDOIMOSFET结构，这种结构很好地结合了UTBSOI器件和体硅器件的特点，改善了它们各自的问题。SDON/SDOI器件利用源漏下的埋层减小了源漏—衬底电容，并利用埋层帮助形成浅结，工艺兼容，避免了复杂的超浅结技术的引入；这种结构又利用沟道与衬底直接相连避免了超薄硅膜的制备，以及由此带来的一系列问题，如迁移率退化，阈值电压增大，硅膜厚度涨落等等，同时这种结构还避免了SOI器件中的自热效应。鉴于以上优点，认为SDON/SDOI结构是一种准理想的单栅器件结构。 用器件模拟的方法研究了SDON/SDOI器件，发现SDON/SDOI器件结构的优越性能，主要表现为：通过沟道掺杂浓度来调整器件阈值电压的方法在SDON/SDOI器件中仍然有效，避免了复杂的阈值调节技术；SDON/SDOI器件很好的抑制了DIBL效应；SDON/SDOI器件避免了SOI器件中的自热效应，工作时沟道区晶格温度比UTBSOIMOSFET降低很多；SDON/SDOI器件降低了漏—衬底寄生电容；此外，SDON器件的电学特性对埋层厚度的变化不十分敏感，从这个角度来说SDON器件减小了器件制备中对工艺的要求。 首次提出了一种自对准凹陷沟道SDON/SDOIMOSFET的制备方法，成功地完成了这种方法的实验演示，获得了亚50nm栅长的SDONMOSFET和SDOIMOSFET，测试结果表现出了这两种器件良好性能。这种工艺方法的特点在于：采用了牺牲栅工艺，保证了栅介质的质量和SDON结构的自对准；牺牲栅与实际栅结构的图形转移利用了CMP的方法，不存在套准问题；在工艺过程中增加了一张掩模版，在同一硅片上实现了SDON和SDOI两种器件结构；利用源漏下埋层以及凹陷沟道避免了对工艺设备要求相比较高的浅结技术；这套工艺方法与CMOS工艺兼容。作为一种自对准的工艺方法，完全适应于亚50nm器件的制备。