Hf O2自2011年被发现存在铁电性能后,由于其与CMOS（互补金属-氧化物-半导体）工艺兼容、抗辐射性能强和可高密度集成等优点,迅速进入了人们的视野,并被视为理想的新一代铁电材料。然而,Hf O2基铁电薄膜的“唤醒”效应与疲劳失效等问题尚未解决是限制其功能器件产业化的瓶颈。此外,萤石结构Hf O2基铁电薄膜在室温下是一种多晶多相的状态,而贡献铁电性的铁电正交相为亚稳相。本文基于实验结果,采用相场方法研究了介观畴结构的翻转对Hf O2基铁电薄膜“唤醒”效应及疲劳失效的影响。同时畴结构与晶粒尺寸大小密切相关,而Hf O2基铁电薄膜为多相共存,且畴结构处于纳米尺度范围,这意味着表面能在该尺度下尤为重要,所以通过计算得到的表面能研究了晶粒尺寸对Hf O2基铁电薄膜宏观电学性能的影响。具体内容如下:（1）通过ALD（原子层沉积）制备了Hf0.5Zr0.5O2（HZO）铁电薄膜,对样品进行i DPC-STEM（积分差分相位衬度-扫描透射电子显微镜）成像分析后观察到了90°带电畴壁、铁电-非铁电相共存以及Ti N/HZO/Ti N界面极化弛豫等现象。（2）根据带电体系在外电场中的能量方程,构建了90°带电畴壁-内建电场相场模型,并成功模拟出带电畴壁附近形成的稳定尾对尾90°畴结构。引入表面能矢量Q,并通过幂级数展开、表面能与极化耦合的方法,构建了多晶多相非恒定表面能相场模型,成功模拟了不同晶粒尺寸下表面能的变化及其对介观畴结构、宏观电学性能的影响。（3）通过准一维解析模型解释了尾对尾畴结构的存在。进一步研究了膜内带电畴壁含量、角度及位置对Hf O2基铁电薄膜“唤醒”效应与疲劳失效的影响。模拟结果表明带电畴壁聚集且含量越高,薄膜“唤醒”前的类反铁双回滞现象越明显。以薄膜水平方向为基准,带电畴壁水平处于薄膜内部时对应类反铁双回滞“唤醒”效应;带电畴壁竖直处于薄膜内部时对应纺锤回滞“唤醒”效应。带电畴壁竖直分布产生纺锤“唤醒”效应的薄膜较于水平分布产生类反铁“唤醒”效应的薄膜疲劳性能更差。而当带电畴壁含量不变,均匀分散于薄膜内部时,“唤醒”效应消失。（4）通过表面能模型分别研究了相同薄膜厚度不同晶粒尺寸以及不同薄膜厚度相同晶粒尺寸Hf O2基铁电薄膜的宏观电学性能。模拟结果表明,正负剩余极化值主要受晶粒尺寸影响。相同膜厚情况下,5 nm晶粒为单畴结构,铁电性最差,正负剩余极化值最小;10 nm晶粒为稳定90°畴结构,铁电性能最好;20 nm晶粒为不稳定涡旋畴结构,正负剩余极化值小于10 nm晶粒,但大于5 nm晶粒。相同晶粒尺寸情况下,铁电性能受薄膜厚度影响较小。此外,根据表面能预测了Hf O2基铁电薄膜中相分布形式。