Si基（Si、SiGe）应变材料迁移率高、能带结构可调，且其应用与Si工艺兼容，是当前国内外关注的研究领域和研究发展重点，在高速/高性能器件和电路中有极大的应用前景。鉴于国内工艺水平的限制，本文主要开展全局应变致硅基应变材料的研究工作。采用类似GaAs的处理方法，建立了应变Si与应变SiGe材料载流子态密度有效质量和电导有效质量模型。基于费米黄金法则及玻尔兹曼方程碰撞项近似理论，推导建立了应变Si与应变SiGe材料载流子（电子、空穴）散射几率与应力及能量的理论关系模型，并建立了不同晶面应变Si与应变SiGe材料载流子迁移率与应力的理论模型，为硅基应变材料及器件性能增强的研究设计奠定了重要理论基础。开发了应变Si与应变SiGe材料减压生长系统，解决了应变层中氧碳、金属沾污、外延系统漏率与本征电阻率、外延片厚度均匀性以及外延层生长速率重复性与再现性的硬件控制问题。基于开发的硬件支撑平台，对硅基应变材料制备工艺进行了研究，提出了多种缓冲层组合生长技术以及变流/变压抑制杂质外扩技术，制备出了高质量的硅基应变材料。应变材料微观分析方面，开发了与硅外延检测方法兼容的硅基应变材料评价方法，提出了驰豫SiGe层厚度以及应变SiGe材料层错及位错的无损测试方法，以上方法均为国内首创。这些方法的应用，提高了检测速度、降低应变材料检测成本，为应变材料批量生长的实现提供了检测技术保障。应用已获得的应变材料，成功制备了应变Si NMOS、应变Si PMOS、应变Si CMOS以及应变SiGe PMOS器件。其中应变Si NMOSFET与Si NMOSFET相比，电流驱动能力提高了205%，应变SiGe量子阱PMOSFET与Si PMOSFET相比，跨导提高了103%。该测试结果也间接验证了所制备应变材料的载流子迁移率与体硅材料相比有显著的增强。