自从1958年第一块集成电路问世以来,微电子技术的发展非常迅速。微电子技术的发展目标是不断提高集成系统的性能和性能价格比,提高芯片的集成度,这是不断缩小半导体器件特征尺寸的动力源泉。为了提高性能和降低成本,50多年来集成电路的发展一直遵循着著名的摩尔定律。随着集成电路器件特征尺寸的缩小,新材料、新器件和新工艺不断涌现。原子层淀积（ALD）就是其中的一种新工艺。它可以用来制备超薄的高k栅介质,也可以用来制备先进铜互连的超薄扩散阻挡层。同时,在DRAM上也经常用来制备高密度电容的介质。本文对原子层淀积TiN和Al₂O₃薄膜开展了系统的理论研究,此外,我们还研究了基于Se纳米线的MOSFET的制备及电学特性。论文结果对原子层淀积技术在纳米集成电路中的应用具有重要指导意义。论文首先研究了在SiOC低k互连介质上原子层淀积TiN阻挡层的初始生长机理。研究发现,对于TiCl₄吸附于Si-OH基团的反应机理。首先由于-OH的极性作用,TiCl₄分子的Cl-Ti-Cl键角变大并逐渐靠近-OH。随后TiCl₄中的一个Cl原子和-OH中的H原子结合并脱附于表面,需要克服一个较小的反应势垒。而反映产物的能量要低于反应物8.71 kcal/mol,这说明该反应很容易朝着反应产物方向进行。对于TiCl₄在Si-CH₃基团上的吸附反应,研究发现由于-CH₃的极性作用较弱,TiCl₄分子的Cl-Ti-Cl键角略有变大,与-CH₃相对位置基本不变,不易靠近介质表面。由此可知,TiCl₄很难在Si-CH₃表面产生吸附反应。研究表明,NH₃在Si-O-TiCl₃表面上很容易吸附,然后在经过一个化学吸附态（-16.05kcal/mol）和过渡态（13.3kcal/mol）以后,形成一个不稳定的产物（11.24kcal/mol）。NH₃在Si-CH₂-TiCl₃表面上的吸附可以进行,尽管没有在Si-O-TiCl₃表面上容易。NH₃在Si₂-CH-TiCl₃表面上的吸附比较容易,当然也同样需要经过一个较高势垒的过渡态（14.26kcal/mol）,并形成一个不是很稳定的产物（9.23kcal/mol）。综合计算结果,在SiOC低k互连介质上用ALD生长超薄的扩散阻挡层TiN薄膜,并不是一件容易的事情。很多实验已经证明,在热生长ALD反应腔的确很难实现TiN的生长。因此,采用等离子体增强的ALD,为反应提供额外的能量,才能实现原子层淀积TiN薄膜。论文研究了在具有半导体性质的单壁碳纳米管上ALD生长Al₂O₃高k栅介质的反应机理。研究发现,由于高达1.94 eV的反应势垒,使得H₂O分子很难在SWCNT上产生吸附。H₂O的分离念能量比反应物高出0.20 eV,这表明反应产物是不稳定的。计算出的H₂O分子向SWCNT转移的电荷为0.025 e^-,表明H₂O与SWCNT有弱物理相互作用。在最终态过程中,H₂O分子的-H和-OH基团是在C（1）和C（2）原子位解吸附,形成C-H键(d_C-H=1.10（?）)和C-O键(d_c-o=1.48（?）)。我们发现,C-H键压缩和C-O键伸展的振动频率分别为1280 cm^-1和998 cm^-1,这与先前的傅里叶变换（FT）得出的红外光谱数据相一致。研究表明,TMA在SWCNT上很容易发生吸附反应,并且最终产物相当稳定。TMA趋向于吸附在SWCN上的-OH表面位,这是通过Al原子和O原子的之间的相互作用而实现的,其吸附能为0.80 eV。由于-OH表面位的H原子和TMA的-CH₃基团结合,一个CH₄分子将被释放出来。计算出的反应势垒为0.65 eV,这与反应物的相对能量为-1.70 eV,由此可判断出生成的最终产物是稳定。这些计算表明,在SWCNT上的羟基官能团可以帮助分子更容易吸附。此外,我们发现H₂O和TMA的吸附不会的对SWCNT的电子结构产生很大的影响。用聚焦离子束（FIB）方法,我们制作了Se纳米线MOSFET,并研究了其电学特性。研究发现,在有光照情况下,不同V_ds的沟道电流都有明显的提高,这说明Se纳米线因其自身的光敏特性,使器件具有的光开关特性。通过对转移特性曲线研究,器件显示出p沟道耗尽型MOSFET的特性。V_ds从2.5v增加到5v时沟道电流大约有一个数量级的提高,并且阈值电压向正方向偏移。这是因为源漏电压变大时,相同栅极电压的沟道电流变大,对于P沟道耗尽型器件,需要用更大的正向电压来截断导电的沟道。同时,源漏电压变大时,也会相应导致反向电流变大。分析表明在有无光情况下I_on/I_off基本一致,约为10²,阈值电压V_th约为-2V。通过计算,该器件与实际Se材料的电阻率基本一致,约为10²Ω·cm。