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本发明涉及半导体材料技术领域,具体提供一种NiGe单晶薄膜及其制备方法和应用。所述制备方法包括以下步骤:提供洁净的Ge(001)基底;将Ge(001)基底置于真空中加热处理,获得预用基底;在真空下对预用基底进行Ni的反应蒸镀处理,使Ge(001)表面形成一层层NiGe单晶膜;在室温下,在NiGe单晶膜表面蒸镀一层Ni膜;在惰性气氛下对Ge(001)基底进行退火处理,使Ni膜扩散过NiGe单晶膜,并以NiGe单晶膜为单晶种子层,和Ge(001)基底发生固相反应,获得厚度不受限制的NiGe单晶薄膜。本方法可获得肖特基势垒低、接触电阻小且热稳定性良好的NiGe单晶薄膜,适用于MOSFET领域。