为了在等比例缩小器件特征尺寸的同时,保持高的电流驱动能力和开关速度,传统的SiO2栅介质被高 k材料替代,高迁移率沟道材料取代了Si基材料。作为下一代高性能MOSFET之一,高k栅介质/Ge MOS器件引起了人们的广泛兴趣。但是,普通高k栅介质与Ge接触极易形成GeOx界面层,引起器件性能退化,妨碍了高性能MOSFET的制造。因此,找到一种与Ge有良好接触特性的高k栅介质材料显得十分必要。本文围绕这一问题开展了La-系高k栅介质Ge MOS器件制备工艺和电特性研究以及La2O3和LaON作为钝化层制备堆栈高k栅介质Ge MOS器件制备工艺和电特性研究。理论方面,建立了超薄栅介质MOS器件栅极直接隧穿电流模型。　　在采用比拟势阱的近似方法得到电势分布的基础上,用WKB近似方法求解电场的量子效应模型,建立了极薄栅介质MOSFETs直接隧穿栅极漏电流模型。通过将模型模拟结果与数值自洽结果或实验数据进行比较,验证了模型的正确性和合理性。模型能较为精确地模拟不同衬底、不同掺杂浓度以及不同栅介质材料和厚度的小尺寸MOS器件栅极直接隧穿电流。　　在器件制备方面,首先采用电子束蒸发方法淀积La2O3栅介质制备了Ge MOS器件,并重点研究了NH3、N2、NO、N2O和O2五种退火气体对La2O3栅介质Ge MOS器件的电特性的影响,确定出La-系栅介质Ge MOS器件的合适退火气体为N2。接着研究了La2O3、LaON、LaTiO和LaTiON栅介质Ge MOS电容的电特性,并对LaTiON栅介质中Ti和N含量进行了优化研究。实验结果表明,La2O3和LaON栅介质Ge MOS电容表现出良好的界面特性,但k值较低;而LaTiON栅介质具有较高的k值,且当Ti、N含量为合适值时,LaTiON栅介质Ge MOS器件呈现出较理想的界面特性和栅极漏电流特性。在本论文研究范围内,当Ti与La2O3比值为14.7％、Ar与N2的比率为24:6时,栅介质具有一个高的相对介电常数(24.6),低的界面态密度(3.1×1011 eV-1cm-2),和相对低的栅极漏电流密度(Vg=1 V时,2.0×10-3 Acm-2)。　　以HfO2作为栅介质,研究了LaON和La2O3钝化层对Ge MOS器件的电特性的影响。通过比较HfO2/LaON、HfO2/La2O3堆栈栅介质Ge MOS电容的电特性,发现LaON能有效阻挡Ge、O和Hf的相互扩散,而La2O3不能,故HfO2/LaON Ge MOS器件比HfO2/La2O3 MOS器件表现出更好的界面特性和电特性:较低的界面态密度(4.2×1011eV-1cm-2)、较小的栅极漏电流(Vg=1V时,6.1×10-6 Acm-2)和电容等效厚度(CET,2.0nm),以及可忽略的C-V频率色散。进一步地,制备了HfTiO/LaON堆栈栅介质Ge MOS电容,同样获得了优良的界面特性和电特性。