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随着集成电路的发展，器件尺寸越来越小，集成电路集成度越来越高，但与此同时，半导体也面临着由材料和器件本身所带来的一些小尺寸问题。应变材料由于其特殊的能带结构，以及较小的有效质量，较低的散射率等特点，能够大大提高载流子的迁移率，因此利用应变材料做器件是提高器件性能的有效方法。应变的引入方式分为两种：全局应变和局部应变，全局应变更是因其较大的应变量、不受尺寸限制、能够通过控制Ge含量来控制应变量等优势得到人们重视。而决定全局应变的主要因素又是虚拟衬底的制备。SiGe虚拟衬底中Ge含量以及弛豫度决定全局应变Si的应变量，Ge含量越高、弛豫度越大，应变Si的应变量越大，但是由于临界厚度的关系，要制备Ge含量高弛豫度大的虚拟衬底，就必须外延很厚的虚拟衬底，过厚的虚拟衬底影响后续器件的性能及其集成问题。本论文正是针对上述问题，通过对虚拟衬底SiGe层弛豫机理的研究，设计超薄SiGe虚拟衬底的制作方法并试制，最后通过TCAD器件仿真工具对虚拟衬底上的MOS器件进行模拟仿真。通过Si衬底上外延SiGe膜的弛豫机理的讨论，从失配位错的角度入手，分析失配位错和SiGe层应力弛豫的关系，并对应力弛豫模型进行分析，清楚知道位错的形成有利于层中应变的弛豫，最后对虚拟衬底材料的测试表征技术进行分析；在研究位错、弛豫机理的基础上，通过与其他制备虚拟衬底的方法进行对比，设计了三种实现超薄SiGe虚拟衬底的制备方法，采用Ar+离子注入法成功制备200nm超薄SiGe虚拟衬底，最后对其结果进行测试表征，通过XRD测试，发现SiGe层中应力被有效弛豫，最后通过拉曼光谱计算出超薄虚拟衬底的弛豫度达到66.4121%；设计基于超薄SiGe虚拟衬底上的源异质结MOS结构（SHOT），利用TCAD仿真工具对器件的输出特性进行仿真，发现相比于普通体Si MOS和虚拟衬底上的普通应变NMOS，SHOT的跨导分别提高了90%和33%。经过分析表明基于超薄SiGe虚拟衬底上的SHOT的导带偏移、应变Si沟道以及SiGe源体电阻的减小共同造成SHOT性能的提高。