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四十多年来，微电子工业呈现爆炸性发展，硅基集成电路的集成度一直按照摩尔定律增长，以满足不断提高的技术要求。为保持较高的栅极电容，SiO2栅介质层厚度也相应减薄，传统的SiO2栅介电层已经逼近了它的物理厚度极限。随之出现的漏电流增大，驱动电流减小和掺杂物(硼或磷)隧穿导致器件可靠性下降等问题，使得寻找新型高介电系数材料替代SiO2成为迫在眉睫的问题，现在金属氧化物的伪二元合金铝酸盐和硅酸盐得到了广泛的关注和研究。目前IBM和Intel公司对外宣称将在实际应用中开始采用高介电系数栅介质材料代替传统的Si O2栅介电层。本文选取高介电系数材料(ZrO2)x(SiO2)1-x作为研究对象，采用脉冲激光沉积法成功制备了薄膜并对薄膜的界面性质和电学性质进行了深入的研究。鉴于高介电系数材料与Si衬底接触经常会存在一层低介电系数的界面层，本文采用了分步法沉积薄膜，采用双层结构抑制界面层的出现。同时，对基于纳米晶的新型Flash Memory做了一些探索性的研究。
本文主要的研究结果如下：
1.采用脉冲激光沉积法，合成制备了(ZrO2)x(SiO2)1-x薄膜。对薄膜的沉积条件，包括衬底温度、沉积腔体气压和脉冲激光能量等制备条件进行了优化，并对薄膜的微结构、界面性质和电学性质进行系统分析。(ZrO2)0.7(SiO2)0.3薄膜在经过800℃快速热退火处理后仍然能保持非晶态，在900℃处理后出现四方相ZrO2的结晶峰。XPS的结果证明了界面层的是由金属氧化物和金属硅酸盐组成的混合物构成的。考察了不同组分(ZrO2)x(Si O2)1-x薄膜的电学性能，最后物理厚度为5nm的(ZrO2)0.6(SiO2)0.4薄膜具有较好的电学性能，其等效氧化物厚度(EOT)为1.2硼，在-1 V栅电压下的漏电流为1×10-1A/cm2。
2.采用分步法沉积制备双层结构栅介质薄膜的方法，在沉积条件和薄膜厚度都一致的情况下，(ZrO2)0.5(SiO2)0.5/(ZrO2)0.7(SiO2)0.3薄膜的等效氧化物厚度与界面层质量等性能均有了一定的提高。
3.对被认为将来会有很好应用前景的基于纳米晶的新型Flash Memory存储器作了一些探索性的研究，并首次采用(ZrO2)x(SiO2)1-x体系纳米晶来实现电荷存储。在结构上也创造性的采用了同体系的三层结构