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铁电薄膜材料在信息技术的各个领域都有着广泛的应用。传统钙钛矿结构的铁电薄膜应用于硅基铁电器件上已被证实具有诸多困难，如铁电尺寸效应、较小的能带间隙、与硅界面不匹配、结晶过程因热处理导致性能退化等。一直以来，二元氧化物HfO2、ZrO2由于其高的介电常数、宽的能带间隙以及与CMOS工艺具有较好的兼容性等，被广泛应用于场效应晶体管。大量实验证明在一定条件下， HfO2薄膜在Zr元素掺入时会出现铁电性。HZO铁电薄膜与传统铁电薄膜相比，其多晶结构降低了对衬底的要求，除此之外凭借和硅基结合的成熟工艺，器件的可靠性和稳定性也得到保证，而更小的厚度限制使铁电器件的微小化成为可能。本文的研究工作主要包括以下内容： 1.开展了HZO铁电薄膜脉冲激光沉积技术(PLD)的生长研究，分析了薄膜铁电性产生的原因。结合结构表征及性能测试表明，HZO铁电薄膜为多晶结构， Zr的引入导致晶体结构中产生的具有非对称中心的Pbc21正交相是薄膜产生铁电性的原因。 2.通过改变Zr元素含量，调整铪锆配比，本论文探索了主要工艺参数(氧分压和衬底温度)对HZO铁电薄膜结构及电性能的影响，在优化了HZO薄膜生长工艺的基础上，探索Zr含量对HZO薄膜的影响。测试结果表明，从Zr含量较多的Hf0.2Zr0.8O2开始，随着Zr元素含量的减少，HZO薄膜中衍射峰出现从四方相至正交相又至单斜相位移型相变的现象。薄膜的剩余极化强度也呈现先增大后减小的趋势。薄膜的结构变化与性能变化相吻合，在ZrO2含量为60％(即Hf0.4Zr0.6O2)时，薄膜极化强度最大。 3.本论文在得出了最佳铪锆组分比基础上选取了Au/Ni/HZO/Pt、Au/Ni/HZO/TiN、TiN/HZO/TiN、TiN/HZO/Pt这四种电极结构，对不同电极结构下HZO薄膜的微结构及电性能进行了研究。实验发现，采用TiN/HZO/TiN结构，薄膜的铁电性能有显著提高。在1000 kV/cm电场强度作用下，薄膜剩余极化强度2Pr达到50.6μC/cm2，比Au/Ni/HZO/Pt电极结构增大了4倍左右。TiN同时作为上下电极能对HZO薄膜高温结晶过程中由四方相向单斜相相变过程导致的体积膨胀产生阻碍作用。这种机械应力将促进薄膜的晶格结构从四方相向正交相的转变，抑制正交相向单斜相转变，从而提高薄膜的铁电性能。