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将铁电薄膜材料与硅基半导体集成工艺相结合而发展起来的铁电存储器具有非易失性、读写速度快、低功耗以及抗辐射等其它类型的存储器所不具备的显著优点,自上世纪90年代以来得到了人们的广泛关注。迄今为止,大规模工业生产的铁电存储器主要采用Pb(Zr,Ti)O3 (PZT)等钙钛矿结构的铁电材料。实践证明,PZT等多元氧化物铁电材料与硅基CMOS器件集成工艺兼容性很差,因此铁电存储器长期面临高制造成本和低存储密度的发展障碍。作为代表性的高-k材料,Hf02因其与硅良好的晶格匹配性与热稳定性广泛应用于微电子工业。最近研究发现,掺杂Si、Zr、Y、 Al、Gd、Sr和La等不同元素的Hf02基薄膜具有显著的铁电性质。Hf02基新型铁电薄膜具有与CMOS集成工艺良好的兼容性,用其替代PZT将有望突破长期制约铁电存储器发展的材料瓶颈,从而获得存储性能和密度的大幅度提高。作为2011年才新发现的铁电材料,Hf02基薄膜基本的铁电特性研究还不完备,特别是对于可靠性这一决定其应用价值的关键性因素的研究十分匮乏。本文以Si掺杂Hf02铁电薄膜为代表,从宏观电学性能的角度,详细研究Hf02基铁电薄膜应用于非易失性铁电存储器的潜能与限制因素。实验结果表明,热激活相关的极化反转行为可以根据电场强度分为三类：低场区(外加电场小于矫顽场E0<Ec),介电系数与电场强度呈线性关系,首次证实了瑞利定律适用于10nm超薄膜；中场区(Ec≤E0≤2Ec),温度和外加电场显著影响铁电特性,极化反转由热激活相关的畴壁运动和电畴形核限制；高场区(E0>2Ec), Ec随温度升高线性减小,符合非平衡形核限制反转模型。交变电场作用下,薄膜剩余极化强度(Pr)随极化反转次数的增加先升高后降低,据此将薄膜的耐久性分为两个阶段：wake-up效应与疲劳现象。电场驱动下,底电极界面层缺陷重新分布解钉扎畴壁,是产生wake-up效应的根本原因。提高电场强度、降低测试频率或者升高温度有利于加速wake-up速率。温度和电场频率越高,薄膜的抗疲劳特性越差,符合局部相分解(LPD)模型。高场下易击穿和耐久性差,是Hf02基铁电薄膜应用于非易失性铁电存储器亟待解决的两大问题。