SiGe低维材料,尤其是SiGe纳米晶的生长及其物理性质的相关研究是近年来较受关注的前沿领域,为开发新一代高性能单电子器件、激光器和各种光电子器件提供了一条新的途径。SiGe纳米结构能否用于器件制作的关键在于：了解纳米结构的生长特性,实现纳米结构尺寸、形状及排列的精确控制。因此,开展SiGe纳米结构材料的生长及相关材料特性的研究工作具有重要的现实意义。本文针对SiGe纳米晶的生长及其特性展开了相关研究。本文采用与CMOS工艺兼容的离子注入技术,选取Si、Ge、SOI三种衬底,实现了上述衬底中SiGe纳米晶的生长；通过微观结构的表征,研究了SiGe纳米晶的生长特性及纳米晶生长的影响因素；分析了生长SiGe纳米晶后衬底的应变特征；研究了SiGe纳米晶在可见光区的光致发光特性。具体如下：(1)利用两步Ge离子注入结合1100℃的退火,在Si衬底中成功地生长了尺寸约5.8nm的SiGe纳米晶。这种SiGe纳米晶具有短程有序Si、Ge原子排列,它主要是在再结晶过程中受应变能驱动作用,Ge、Si原子在局部有序占位。纳米晶生长取向为<001>SiGe／／<001>Si和(111)SiGe／／(111)si。研究发现,注入条件和退火条件对纳米晶的形成均存在影响。结果表明,通过控制Ge离子注入条件能够获得适宜的非晶层,在后续退火时可以控制缺陷的形成,获得晶体质量较好的再结晶层。在一定的退火条件下,SiGe纳米晶的形成与退火后的Ge浓度分布有很大关系。采用炉退火时,Ge浓度为15～20at.%的区域形成纳米晶,纳米晶周围存在{311}面族衍生缺陷；采用快速热退火时,控制体Ge浓度在14at.%以内,Ge浓度12～14at.%的区域形成与衬底完全共格的SiGe纳米晶,且纳米晶周围没有伴生微缺陷。(2)利用两步Si离子注入结合900-C快速热退火,成功地在Ge衬底表面处生长了SiGe纳米晶。纳米晶分布在距表面25nm附近的区域,尺寸约为5nm,取向各异。纳米晶的形成主要受到应变能和界面能的驱动作用,退火时局部区域发生了{311}面小面生长。X光电子能谱(XPS)测试表明SiGe纳米晶是富Si的。(3)通过单步大剂量Ge离子注入到SOI中,再结合1100℃快速热退火,SiGe纳米晶在SOI的BOX层中形成。纳米晶为球形,呈带状均匀分布,取向各异,尺寸2～5nm,分布密度为1.96×108／cm2。研究表明,再结晶时,顶Si层也形成了少许取向各异的SiGe纳米晶,分布比较分散,尺寸约5nm,生长时取向为<001>SiGe//<001>Si。(4)采用两步Ge离子注入技术在SOI衬底的近表面制备了SiGe纳米晶。首先借助离子注入在近表面区域引入大量Ge,进而实施快速热退火,SiGe纳米晶在表面缺陷处成核并长大。一种是富Ge、尺寸约30nm的SiGe纳米晶,另一种是富Si、尺寸约10nm的SiGe纳米晶。由于高温下Ge的表面扩散效应,在表面SiGe纳米晶发生长大的同时,表面形成了一种“微环”结构。此外,顶Si层中也形成了少许SiGe纳米晶,但局部晶格失配并发生应力弛豫,产生了孪晶,层错等微缺陷。(5)生长SiGe纳米晶,衬底的应力状态表现如下：Si衬底的再结晶层受到很大张应力,快速退火后再结晶层受到的应力是炉退火后再结晶层的1-2倍。而Ge衬底的再结晶层则受到压应力,SiGe纳米晶则受到张应力,研究表明提高退火温度会促进再结晶层应变的释放。对于SOI衬底,顶Si层会发生合金化,当在表面形成SiGe纳米晶时,SiGe合金层受张应力作用,而在BOX中形成SiGe纳米晶后,SiGe合金层处于无应力状态。(6)生长SiGe纳米晶后的Si衬底在室温下存在可见光波段的光致发光,发光峰位位于573.25nm,581.25nm和624.77nm处。该发光是由于电子-空穴对被束缚在SiGe纳米晶中,形成束缚激子,受激后发生辐射复合而产生的。生长SiGe;纳米晶的Ge衬底在室温下,在可见光波段存在光致发光特性,发光峰位于572.7nm和580.8nm,研究表明该发光源白于SiGe纳米晶的束缚激子辐射复合。受尺寸限制效应影响,与Si衬底中SiGe纳米晶相比,发光峰发生1nm蓝移。此外,缺陷的存在导致了发光强度的减弱,尤其减弱了624nm处的发光强度。SOI顶Si层中的SiGe纳米晶呈现了和Si衬底中纳米晶类似的光致发光特性,发光峰位于572.1nm,580.1nm,628.26nm,但表面纳米晶和微缺陷的存在大大降低了发光峰强度。综合以上研究结果可知,通过对离子注入和后续热退火过程的控制,成功地在Si、Ge、SOl衬底中生长了SiGe纳米晶。研究发现了上述衬底中的SiGe纳米晶在室温下、可见光波段存在束缚激了的光致发光。本论文的研究结果将为SiGe纳米晶材料的制备和应用研究提供参考和依据。