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随着大规模集成电路集成度的不断提高,器件尺寸不断减小,传统的SiO2栅介质达到了其物理极限,大的隧穿电流和高功耗严重影响了器件的稳定性和使用寿命,利用高介电常数(k)材料取代传统的SiO2栅介质可以很好地解决这些问题。HfO2作为合适的候选者之一,具有较高的介电常数、大的禁带宽度和良好的热力学稳定性。但是,HfO2本身也存在些致命缺陷,例如低晶化温度和高的氧或杂质渗透,严重制约了其在金属氧化物半导体场效应器件(Complementary Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors,CMOSFETs)中的应用。薄膜晶体管(Thin Film Transistor,TFT)是平板显示的核心器件,利用高k材料替代传统的Si02栅介质,不仅可以提高器件性能还可以降低功耗。因此,获得高质量的高k栅介质薄膜显得尤为重要,本文探究了 Hf基高k栅介质薄膜的制备及其器件性能,通过掺杂(钆、铝)和退火处理等方式改善HfO2薄膜的性能,探究了其应用在CMOS和TFT器件中的性能,主要内容与结论分为如下三个方面:1.利用溅射法制备了 MoS2/HfO2异质结结构,将稀土元素Gd掺入HfO2,探究了掺杂前后异质结界面处能带排列的变化。研究结果表明:钆掺入后,薄膜带隙增大。在MoS2/HfO2异质结中,价带偏移(AEv)和导带偏移(△Ec)分别为2.31eV和2.43eV;钆掺入后,价带偏移变为2.12eV,导带偏移变为2.91eV。增加的△Ec有利于应用在n型MoS2基FETs中抑制栅极漏流。2.利用溶液法制备了 Gd掺杂的HfO2(HfGdO)薄膜,研究了退火温度对其微结构、带隙、界面和电学性质的影响。测试结果表明:HfGdO薄膜在600℃才开始出现结晶峰,表明Gd掺杂有效提高了 HfO2的结晶温度。随着退火温度的升高,带隙增大,界面处的价带偏移增加,导带偏移减小;同时退火也导致了HfGdO栅介质薄膜介电常数增加,迟滞减小,边界陷阱密度减小,表明退火有效抑制了边界陷阱的产生。但结晶的出现以及AEc的减小导致了高温时HfGdO薄膜漏电流的增加。3.利用全溶液法制备了以HfAlO为绝缘层,InZnO为有源层的TFT器件,首先探究了不同退火温度对HfAlO薄膜的影响,600℃退火的HfAlO薄膜仍旧保持非晶状态,600℃退火的HfAlO薄膜具有高的光学透过率、低的漏电流密度和光滑的表面。光电子能谱测试表明退火处理减少了薄膜中的氧空位和结合氧。以450℃退火的InZnO和600℃退火的HfAlO制备的TFT展现了最好的电学性能,阈值电压(Vth)为1.14V,开关比(Ion/Ioff)为～106,载流子迁移率(μFE)为5.17cm2/Vs,亚阈值摆幅(SS)为87mV,陷阱态密度(NT)为8.93×1011cm-2。以最佳条件下的TFT构筑了负载电阻型的反相器结构,反相器展现了良好的反转特性和动态响应行为。