本文采用第一性原理研究方法、以密度泛函理论(DFT)为理论基础，对作为金属氧化物半导体场效应管栅介质材料的HfO2进行了研究。选用单斜晶系结构的HfO2材料，研究其微观结构和电学性质。研究结果显示体材料HfO2是间接带隙半导体，且电子结构计算表明HfO2的价带和导带分别主要由O原子的2p轨道、Hf原子的5d轨道构成。本文系统地对HfO2的本征空位、替位、填隙缺陷和掺杂N、Si、Al、Ta的缺陷结构进行了研究，计算了在富氧和富铪生长条件下，HfO2不同价态缺陷的形成能和电荷转变能级。计算表明缺陷在富铪的生长条件下容易形成，且在富氧的生长条件下，+1价的钽原子替位铪原子、-1价的铝原子替位铪原子、-4价的铪空位缺陷最容易形成;在富铪的生长条件下，+4价的铪填隙、+2价的三重配位氧空位、-1价的氮原子替位四配位氧缺陷最易形成。HfO2中部分带电缺陷的热力学转变能级处于Si的带隙中，会俘获或释放电荷，形成费米能级钉扎效应，造成载流子的散射，晶体管阈值电压的偏移，严重地影响晶体管工作的稳定性。本论文的研究目的是为实验上设计界面性质和电学性质俱佳的晶体管高k栅介质材料提供理论依据。