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自从世界第一支锗晶体管和集成电路被发明以来,微电子技术奠定了信息时代的物质基础。集成电路通过微小化实现更低的成本、更高的性能、更低的功耗等优点。随着特征尺寸的不断缩小,集成度持续提高,超大规模集成电路（Very Large Scale Integration,VLSI）进一步微小化的关键是务必解决功耗问题。因此,学者们开发各种新型器件以期解决功耗问题,主要有以下两个思路:1)改变载流子输运机制,如TFET、I-MOS、Spin-MOSFET等,上述器件的共性问题是与传统硅基CMOS工艺不兼容,考虑高昂的成本因素,工业界难以放弃旧工艺而开发全新的工艺线;2)提高栅对沟道的控制能力,如Fin FET、Nanowire、NCFET等。由于负电容场效应晶体管（Negative Capacitance Field Effect Transistor,NCFET）具有超低亚阈值摆幅（Subthreshold swing,SS）、更优的电学性能以及与CMOS工艺兼容等优点,使得NCFET成为近些年研究热点,在亚10 nm的工艺节点具有较大的应用前景。本文从仿真和实验两个角度,对基于铁电材料栅介质层负电容场效应晶体管的电学特性开展研究。仿真方面,本文构建DG-MFIS结构NCFET的解析模型,推导得到NCFET的源漏电流Ids公式,进而得到NCFET电学特性的仿真结果,结果如下:1)在一定范围内,增加铁电层厚度可以优化NCFET的电容匹配,对改善NCFET器件性能、降低芯片的供电电压起到了关键作用;当铁电层厚度增加超过一定程度后,铁电层厚度的增加将会导致电容失配,造成器件开关不稳定的问题;2)剩余极化强度Pr和矫顽电场Ec对NCFET电学特性的影响分别是负相关和正相关,其原因本质上是通过改变铁电层电容进而影响电容匹配;3)对比MFIS结构和MFS两种结构的NCFET的电学特性,结果发现:相比MFIS-NCFET,MFS-NCFET可以用更薄的铁电层实现高质量的电容匹配,但同时也更容易发生回滞,所以制备无回滞MFS-NCFET的工艺难度更高。实验方面,本文采用后栅工艺制备了基于铪锆氧铁电材料栅介质层的NCFET,实验结果如下:1)通过实验测试NCFET的基本电学特性,在电容特性中得到了明显的电容尖峰,证明了负电容效应的存在,以及发现电容尖峰随着栅电压信号频率的增加而不断衰减;2)将NCFET的电学特性和对照器件对比,结果发现:450℃退火的NCFET其转移特性的开态电流Ion有55.2%的提升,且NCFET的亚阈值摆幅更加陡峭,其最小的SS相比对照器件下降了约等于80 m V/decade。在电压Vg测试范围内,NCFET的电学特性优于对照器件;3)探究退火温度对NCFET转移特性、亚阈值特性、输出特性的影响,结果发现退火温度对三种特性的影响具有一致性。当退火温度较低时,如400℃,铁电材料的结晶程度不足可能导致阈值电压漂移,造成NCFET电学特性衰减;随着退火温度逐渐升高,铁电材料的结晶程度随之提高,铁电性得到改善,因此电容匹配程度逐渐增强,NCFET的电学特性得到优化;当退火温度高于某个临界值时,如550℃,由于剩余极化强度的提高导致电容匹配程度减弱,NCFET的电学特性开始退化。