硅锗合金是一种具有高频特性良好，材料安全性佳等优势的半导体材料。在组分确定的情况下，SiG微观结构将决定其宏观性能，若能搞清楚从液态向固态凝固的过程中SiGe合金微观团簇的演变及遗传规律，对于控制材料按需求生长、深刻理解材料的宏观性能与微观结构之间的关系，有重要的理论和实际意义。　　本文采用分子动力学方法系统地探索了外界条件影响下SiGe合金熔体快速凝固过程中微观结构演变规律及其结晶化路径，探究了液态SiGe合金在非晶形成及结晶过程中微观结构的演变和DIA团簇的生长规律。为设计开发高性能SiGe合金提供了较为充足的理论支撑。本文主要结论如下:　　1、SiGe合金快速凝固过程中势函数的选择：利用径向分布函数、键角分布函数、配位数和Voronoi多面体指数等微观结构表征手段对比了Tersoff势和SW势各自的优势和不足，得出Tersoff势函数在模拟硅锗合金熔体快速凝固过程时更胜一筹。　　2、冷速对快速凝固过程中微观结构演变规律的影响：在冷速R等于或高于R5=8×109 K/s条件下，SiGe合金形成的是非晶态；而在冷速低于R5时，伴随着原子平均能量的二次跃变，SiGe合金发生结晶化形成了纳米晶，而且能量跃变程度随冷速的降低而增大。SiGe合金为无定形态时，其密度随着原子平均能量增大而增大；SiGe合金发生结晶化时，平均原子能量越大产物的密度越小。在较高冷速条件下，系统内DIA原子数目较少但不为零。　　3、SiGe合金快速冷却结晶路径：结晶化过程经历了预形核阶段（pre-nucleation）、临界形核结晶相（critical-nuclei crystalline(CNC)）和金刚石相（diamond crystalline(DIA) phases）三个典型阶段，由一个连续相变和两个一阶相变过程组成。SiGe合金共价键的饱和性在预形核阶段（pre-nucleation）得到满足，取向序在第一次和第二次一级相变点分别完成了局域和广域的实现；两次一级相变温度间（Tc1，Tc2）为临界结晶形核相（CNC），在SiGe合金快速冷却过程中普遍存在，且由于取向序的要求，各最小DIA核心分属于不同的DIA团簇，DIA团簇规模保持基本不变。　　4、压强对SiGe合金熔体快速凝固微观结构的影响：压强主要影响SiGe合金次近邻的排布而对最近邻影响较小。在压强10~15 GPa区间，SiGe合金形成的凝聚物的微观结构存在明显的不同。随压强增大，SiGe合金熔体快速冷却形成的凝聚物从4配位的闪锌矿结构为主转变成配位数更大的β-Sn结构为主。当压强增加至P4=15GPa时，角分布函数的第二峰峰位从110°调整至77°附近；在压强为15~20 GPa区间，SiGe合金平均配位数超过6，发生了半导体-类金属转变，Si、Ge的半导体特性消失，即固态体积大于液态体积的现象消失。在压强为40-45 GPa区间，SiGe合金的结构再次发生了转变，其最明显的表现为角分布函数第二峰的上升沿不再陡峭，系统内出现了较多的大于7配位形式存在的原子。　　5、基于Tersoff势函数，采用分子动力学方法模拟了SiGe合金的单轴拉伸实验过程：非晶SiGe合金表现出良好的各向同性，断裂极限应变为0.214；纳米晶SiGe合金由于晶粒的存在表现出较大的各向异性，断裂极限应变随着拉伸轴向存在较大差异，其中，x轴方向存在两个应力极大值点分别位于0.214和0.52附近，而y和z轴则位于0.324和0.303附近。利用应力应变法计算了SiGe合金的杨氏弹性模量，结果表明快速冷却提高了SiGe合金的杨氏模量，如非晶态SiGe合金杨氏模量提高超过了20%，从而显著地提高了SiGe合金的抗变形能力。采用微观结构可视化手段研究了SiGe合金单轴拉伸试验中微观结构的变化，SiGe合金内以DIA方式存在的原子和团簇是类金刚石材料具有较大抗拉强度的原因。对于SiGe合金理想晶体，非晶化过程在应变为0.214时就已完成，但键的断裂在应变为0.52时才出现；在非晶态SiGe合金内，以无序排布的原子键断裂现象在应变为0.214时出现；而对于纳米晶SiGe合金，由于兼备两种结构，因而表现出晶态和非晶态两种情况，在应变0.214处，DIA原子数目急剧减少，在应变0.52处DIA原子键断裂。