随着器件特征尺寸不断缩小进入到纳米尺度领域，器件的泄漏电流开始成为限制电路可靠工作、影响电路功耗的主要因素，继续传统的等比例缩小法则已经面临诸多困难和挑战，传统的体硅CMOS技术无法满足进一步发展的需求。采用新材料、新结构和新工艺是解决这一困难与挑战的重要途径，因而已成为当前集成电路技术的重要发展方向。而超薄体结构器件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，本文从新结构、新材料两方面对纳米尺度薄体结构(UTB)器件进行了研究，以寻求更适于纳米尺度领域、具有更好的等比例缩小能力的器件结构。 硅是微电子领域的材料基石，本文首先对n-、p-UTBSOIMOSFET器件进行了研究，对其关键的器件结构参数——硅膜厚度和栅材料的功函数对器件特性的影响进行了研究，并进行了优化设计以便为器件设计提供设计指导，同时探讨了其等比例缩小能力。本文首次对两种不同的新结构超薄体器件——提升源漏结构和凹陷源漏结构器件进行了对比研究，研究结果表明，凹陷源漏结构器件表现出更优异的器件性能，可以更好地抑制泄漏、改善短沟效应和DIBL效应，有效缓解对硅膜厚度的严苛要求，这也有利于提高器件的可靠性和稳定性；凹陷源漏结构具有更强的等比例缩小能力，更适于纳米尺度低功耗应用领域；而且与提升源漏结构相比，可以更有效地减弱自热效应对器件性能的影响，提高器件电流驱动能力。同时，分析了埋层工程对超薄体器件特性的影响，讨论了埋层工程对改善UTBSOI器件性能及器件优化设计的影响。 然而，随着硅膜不断减薄至10nm以下时会导致载流子迁移率严重退化，从而降低器件的电流驱动能力。锗材料以其优越的特性成为近年来研究的热点。本文中首先对器件模拟器ISE-DESSIS中的迁移率模型、能量传输模型等进行了校正，以便适于GOI器件的模拟。在此基础上，对纳米尺度薄体GOI(germanium-on-insulator)器件从DC特性、RF性能两方面进行了全面、系统的研究，对其关键的器件结构参数进行了优化设计，而且对其等比例缩小趋势进行了探讨，并与SOI器件进行了对比分析。研究结果表明，与SOI器件相比，GOI器件表现出更强的电流驱动能力；同时具有薄体结构的优势，其关态泄漏电流与SOI器件可相比拟；而且其优化范围更宽，具有更大的设计空间，表现出更强的等比例缩小能力；在射频应用方面，与SOI器件相比，GOI器件具有更高的跨导gm、截止频率FT、gm/Id及本征增益gm/gd，而且对于薄体结构器件，GOIMOSFETs的优势更加显著；随着器件特征尺寸不断缩小，GOI器件RF性能始终优于SOI器件；因此，无论从逻辑电路应用领域还是模拟/RF应用来看，GOIMOSFETs均表现出很强的等比例缩小能力，尤其是在小尺寸、低电压领域，更适于低功耗电路应用。 GOI材料的制备是实现GOI器件的必须。本文采用Ge-condensation技术实现了高Ge含量SiGe材料、GOI材料的制备，对工艺条件进行了优化实验，实现了不同Ge含量SiGe材料和GOI材料的制备，同时对所制备材料特性进行了全面、系统的表征，包括材料中的Ge组分、应变或驰豫度、结晶状况及薄膜厚度等；氧化过程中GOI(和SiGe)薄膜材料中的应力得到了保持，没有释放，因此该技术非常适于应变SiGe沟道、GOI器件的制备；本文还首次提出了一种基于体Si衬底实现GOI结构的技术，并在材料研究方面初步得到了工艺实现，对实验条件进行了优化。同时分析了不同介质材料(SiO2、SiN)对所制备材料特性的影响，实验结果表明，SiN介质上淀积生长的SiGe材料质量在氧化前后均优于SiO2介质，在一定程度上可缓解SiO2介质上由于浸润性不好起球收缩现象的发生。