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摩尔定律经历了半个多世纪的发展,芯片集成度不断增大,性能继续提高。但是随着器件特征尺寸接近纳米量级时,器件制作工艺遇到挑战,短沟道效应等问题已经严重影响到器件性能。根据国际半导体技术蓝图预测,对于14 nm以下技术节点,现有工艺技术将不能满足芯片高性能、低功耗的要求。为了继续延伸摩尔定律,平衡芯片功耗和性能之间的矛盾,基于新材料的器件设计与研发已经成为国际半导体界研究的热门课题。基于此背景,本文采用了GeSn合金这一新型材料,GeSn合金具有载流子迁移率高、带隙可调等优点,通过应变工程和能带工程,我们研究了高迁移率GeSn p沟道MOSFET和低功耗GeSn pTFET。取得的主要研究成果如下:1)研究了（001）、（011）、（111）无掺杂Ge0.92Sn0.08量子阱沟道pMOSFET器件,采用MBE生长高质量的GeSn薄膜,GeSn/Ge异质结形成量子阱结构,界面采用原位Si2H6钝化。探讨了晶面取向对GeSn器件电学性能的影响。实验发现:（111）Ge0.92Sn0.08 pMOSFET具有最高的有效空穴迁移率eff=845cm2/Vs。2)采用Si衬底,成功制备了弛豫Ge0.97Sn0.03 pTFET器件。研究了温度对Ge0.97Sn0.03 pTFET电学性能的影响,证明BTBT在隧穿电流中占据主导地位;首次在弛豫Ge0.97Sn0.03器件上施加0.14%的单轴张应变,在VDD=-1 V时,与弛豫器件相比,应变器件开态电流提升了10%。3)模拟研究了新型Ge1-xSnx/Ge1-ySny双柵HE-NTFET结构,探讨了异质结在沟道中的位置对器件SS、ION等的影响,LT-H越小,BTBT开启越延迟,VONSET越大。器件处于开态时,异质结的存在有助于减小隧穿势垒,提高隧穿电流。LT-H=4nm时,Ge0.92Sn0.08/Ge0.94Sn0.06 HE-NTFET表现了优异的性能,平均SS为48mV/decade,ION比Ge0.92Sn0.08同质结器件提高了304%。调节异质结材料的Sn组分,有助于提高器件隧穿电流和改善器件SS。本文研究了高迁移率GeSn MOSFET和低功耗GeSn TFET,为GeSn器件在微电子领域的应用提供了理论和实验基础,对于集成电路产业继续延伸摩尔定律,实现下一代高性能低、功耗器件的发展具有重要意义。