随着硅基金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）的小型化发展,功耗问题已经成为阻碍传统MOSFET发展的主要因素。Boltzmann极限限定了室温下MOSFET的亚阈值摆动（SS）最小为60 m V/dec。负电容场效应晶体管（NCFET）被认为是能够突破这个玻尔兹曼极限的超低功耗候选器件之一。通过在堆栈栅介质中加入铁电层,取得铁电电容(CFE)和匹配层电容(Cox)之间的最佳匹配,来实现电压的无源放大和陡峭的斜率。另一方面,由于Si技术已经接近其物理极限,一些二维过渡金属硫化物（TMDC）,因其原子级的超薄厚度、合适的带隙宽度、较高的载流子迁移率以及良好的CMOS工艺兼容性,被认为是未来CMOS器件沟道材料发展的趋势之一。本文将铁电薄膜材料与二维半导体材料结合在一起,以二维材料Mo S2作为NCFET的有源通道,Hf1-xZrxO2（HZO）薄膜作为铁电层,构建二维Mo S2 NCFET。到目前为止,这方面的理论和实验研究还相对较少,特别是基于超薄HZO（<10nm）的Mo S2 NCFET。具体工作如下:理论方面:使用半导体工艺和器件仿真软件Silvaco构建NCFET的器件模型。通过与传统MOSFET的电特性对比,发现NCFET能够得到低于60 m V/dec的SS。证明了所构建的器件模型包括了负电容效应,突破了玻尔兹曼极限,达到了预期目标。在此基础上,考虑电容匹配,研究了电容匹配层材料和厚度以及HZO薄膜厚度和铁电性能对器件电特性的影响,发现选用2 nm的Al2O3材料作为电容匹配层可以得到好的器件性能。同时,减薄HZO薄膜厚度、增大剩余极化强度（Pr）/矫顽场大小（Ec）的比值,有利于实现更好的电容匹配。所设计的HZO薄膜厚度为3 nm、Al2O3厚度为2 nm的NCFET,可获得SS为35.44 m V/dec、阈值电压为0.075 V和电流开关比为3.83×1011。实验方面:（1）通过原子层沉积（ALD）技术制备了HZO薄膜,完成了对HZO薄膜铁电性能方面的研究,分析了HZO薄膜厚度及退火温度对铁电性能的影响。实验结果表明:随着HZO薄膜退火温度的升高（350–750℃）,Pr先上升再下降,在650℃附近取得最大值;随着HZO薄膜厚度的减薄,Pr和Ec越来越小,铁电性随之减弱,但在HZO厚度为3 nm时仍获得铁电性。（2）在（1）的基础上,开展了二维Mo S2 NCFET样品的工艺制备。通过调整实验参数,得到SS为49.33 m V/dec的Mo S2 NCFET。结合模拟仿真结果,分析了不同退火温度及厚度的HZO薄膜对器件性能的影响。实验发现,在Al2O3为2 nm,HZO为3 nm时,Mo S2 NCFET呈现出优良的电特性:SS为20.66 m V/dec（跨5个数量级的输出电流）、开关比为0.95×106、最大迁移率为153.66 cm2/Vs。