目前,Si集成电路已经逐渐接近其物理极限,III-V族化合物半导体材料GaAs因带隙较大、电子迁移率高和低功耗等特点,在高k栅介质MOSFET器件方面引起了人们极大的研究兴趣。然而GaAs表面容易形成本征氧化物,影响GaAs和高k栅介质之间的界面质量。因此,本文主要围绕GaAs/高k栅介质的界面特性展开研究。理论研究方面,建立了堆栈高k栅介质GaAs nMOSFET的阈值电压模型,并讨论了器件结构参数的影响。模型方面,通过求解二维泊松方程,综合考虑短沟道效应、DIBL效应和量子效应,建立了精确的堆栈高k栅介质GaAs MOSFET的阈值电压模型。利用模型对阈值电压的温度特性模拟表明,未考虑量子效应的模型过高估计了温度对阈值电压的影响;模拟低k界面层引入的影响发现,引入低k界面层能改善高k/衬底界面特性,有效抑制边缘场效应和DIBL效应,提高GaAs MOSFET的阈值电压特性及其温度稳定性,但需要合理选取低k层的厚度和k值,使阈值电压和栅极漏电之间获得好的折衷。实验方面:(1)制备了HfTiON/LaON GaAs MOS器件,研究了不同等离子体(N2、NH3)表面预处理以及LaON界面钝化层对GaAs MOS器件界面特性的影响。结果表明,使用NH3等离子体表面预处理并淀积LaON钝化层能获得较好的界面质量和电学特性;(2)以HfTiON为高k栅介质,研究了金属La界面层对器件特性的影响,以及不同退火温度处理对金属La的影响。实验结果表明,LaON/La作界面层并在600℃环境下退火的堆栈高k栅介质HfTiON/LaON/La GaAs MOS器件表现出最好的电特性。