硅基材料是目前半导体工艺中使用最多的一种材料，可以毫不夸张的说，硅基半导体是现代微电子产业的基石。在硅基材料的制备工艺中，硅的热氧化是一个非常重要的步骤，尽管对硅的氧化研究已经开展了几十年，然而，对于其中的物理机制的理解依然是有限的。这里，我们基于纳米尺度下的热扩散理论，系统的研究了硅热氧化中存在的问题，发展了一套硅热氧化的动力学模型，完美的描述了硅的热氧化行为，揭示了其中的物理机制。首次引入了纳米尺度效应进入硅的氧化过程，成功的解决了存在于平面硅热氧化中的起始异常的氧化行为，揭示了纳米尺度效应可能是造成硅起始异常氧化行为的物理起源。（ii）扩展我们硅氧化理论到超薄氧化（>2nm）过程中，首次提出了一个超薄氧化理论模型，对该最新的实验现象作出了成功的描述。为未来电子器件微型化的发展提供了理论基础。（iii）把我们的理论模型扩散到二维的情况，首次在理论上提出了硅纳米线的氧化模型，成功的定量的描述了硅纳米线氧化过程的奇异行为—自限制氧化行为，为今后硅纳米线器件的发展提供了理论基础。在成功的发展了一系列硅热氧化模型后，我们在硅热扩散理论的指导了，试图来设计和制备其他的硅基材料。碳化硅（SiC）半导体材料是继第一代元素半导体材料（Si）和第二代化合物半导体材料（GaAs、GaP、lnP等）之后发展起来的第三代半导体材料，具有间接宽禁带、大的击穿电场、高的热导率和高的电子饱和漂移速度等特点，使其在高温、高频、高功率和抗辐射等极端环境下工作的光电子器件制备方面有着巨大的应用前景。我们通过简单的热蒸发的方法，没有使用任何额外的催化剂和模板，在硅衬底上成功的制备了各种一维SiC纳米结构，如垂直排列的一维碳化硅纳米金字塔阵列、大面积单晶管状碳化硅纳米体系、一维碳化硅纳米线、六棱柱形貌的碳化硅纳米体系。并提出了相应的理论模型来揭示其形成机制，此外，通过改变反应温度，我们提出了一种简便的控制SiC纳米结构形貌的方法，并针对该现象提出了一个理论模型解释。 本论文主要有如下两个创新点： 1、在理论上，基于热扩散思想，提出了一整套硅热氧化动力学模型，首次引入纳米尺度效应进入硅的氧化行为中，基于不同情况下的氧化过程，成功解决了硅的起始异常的氧化行为和首次成功描述了硅的超薄氧化现象。基于该模型，首次定量的揭示了硅纳米线的自限制氧化行为的物理起源，第一次成功的预言和描述了该现象。 硅的起始异常氧化行为一直是硅基理论中的一个盲点，经典的Deal—Grove模型不能描述该异常行为。这里，不同与Deal—Grove模型，我们提出了一个新的模型，基于热扩散的思想，引入了纳米尺度效应，认为硅的氧化仅仅由热扩散所主导，而与化学反应速率无关，成功的描述了硅热氧化起始异常氧化行为。基于最新的实验数据，揭示了超薄氧化过程中隧穿电场作用，首次提出了硅的超薄氧化动力学模型，成功的描述了实验现象。此外，我们通过考虑了二维非一致的形变，提出了扩散激活能是尺度，位置和氧化过程的函数，首次定量的描述了硅纳米线的自限制氧化行为，揭示了该行为的物理起源。 2、在实验上，基于热扩散思想，通过简单的热蒸发方法，在远离触媒和模板的情况下，首次制备出了垂直排列的碳化硅纳米金字塔阵列和大面积单晶管状碳化硅纳米体系，并提出了相应的理论模型来解释其生长机制。 我们利用热蒸发的方法，通过使用碳纳米粉作为碳源，硅片作为硅源和衬底材料，没有额外的催化剂和模板的条件下，在1350度下成功的制备了垂直排列的一维碳化硅纳米金字塔阵列，通过一系列的表征，我们认为该纳米体系的垂直生长是由于与衬底外延的关系，并提出了一个理论模型去解释其生长机制。通过改变碳源，我们利用C60在相同的温度下，首次合成了大面积单晶管状碳化硅纳米体系，并提出了一个自模板效应来解释该管状形貌的出现，通过场发射特性测试，我们发现该纳米结构在未来光电器件中有着巨大的领用潜力。