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当MOSFET特征尺寸缩小到10纳米节点后,基于硅的CMOS技术将趋于理论极限,而高迁移率沟道材料(如Ge和Ⅲ-Ⅴ族半导体)最有可能替代应变硅沟道。其中,(In)GaAs化合物半导体具有高的电子迁移率,是实现超高速、低功耗n-MOSFET的理想沟道材料。然而,与SiO2/Si系统相比,(In)GaAs表面缺乏高质量的本族氧化物。为了获得优良的高(In)GaAs界面特性,需在淀积高k栅介质前对(In)GaAs衬底表面进行化学处理(如硫钝化)、等离子体处理或淀积薄的界面钝化层等。而堆栈高k栅介质的使用将会引入远程库仑散射和远程界面粗糙散射,使沟道载流子迁移率F降。针对上述问题,本文从理论上分析了影响迁移率退化的各种散射机制,由此建立了堆栈高k栅介质InGaAs n-MOSFET反型沟道电子迁移率模型；实验方面,围绕高k栅介质(In)GaAs MOS器件界面特性和电特性的改善,开展了一系列有意义的研究工作。理论上,在分析反型沟道二维电子气迁移率各种散射机制的基础上,建立了堆栈高k栅介质InGaAs n-MOSFET反型沟道电子迁移率模型。重点研究了远程库仑散射和远程界面粗糙散射对迁移率的影响,并详细分析了器件物理和结构参数,包括高k介质和界面层的厚度、介电常数、固定电荷、界面关联长度和界面粗糙度等对沟道电子输运特性的影响。模拟结果显示,为了获得更小的EOT和更高的电子迁移率,高k介质和界面层需有最佳的厚度匹配(如界面层～1nm,高k介质层～3nm)以及合理的k值(如界面层～14,高k介质层～30),并需对介质制备工艺进行优化,以减小高k介质中固定电荷密度和高k/界面层粗糙度。实验方面,首先分别以TaON, AlON和GGO作为界面层,在硫钝化的GaAs衬底上制备了HfTiON/界面层/GaAs MOS电容,在常用的退火温度和气体范围,比较了两种退火温度和两种退火气氛(NH3,N2)对器件界面特性和电特性的影响,确定出合适的淀积后退火温度(600℃)和退火气氛(NH3)。对三种不同界面钝化层样品的电特性测量表明,MOS器件的界面质量均得到改善,获得了低的界面态密度Dit、低的栅极漏电和高的器件可靠性,其中,以TaON为界面层的HfTiON/TaON/GaAs MOS器件呈现出最好的界面特性(带隙中间附近Dit～1.0×1012cm-2eV-1).最低的栅极漏电流密度(7.3×10-5Acm-2@Vg=Vfb+1V)、最小的电容等效厚度(1.65nm)和最高的k值(26.2)。在上述实验研究基础上,进一步采用NH3等离子体氮化处理GGO作为界面层,以HfTiON作为高k栅介质,制备了HfTiON/GGON堆栈高k栅介质InGaAs MOS电容。另一方面,采用射频磁控溅射方法制备了TiON/TaON多层复合栅介质InGaAsMOS电容。结果表明,两种表面钝化方法,均可有效抑制界面低k氧化物(In/Ga/As-O)和单质As的形成,显著减少了高k/InGaAs界面及其附近相关缺陷,消除了费米能级钉扎效应,从而获得了优良的界面特性、低的栅极漏电、小的CET、高的等效k值和器件可靠性。两种钝化方法相比,TiON/TaON多层复合栅介质的制备工艺相对简单,没有GGON的吸潮问题,稳定性更好。因此,TiON/TaON多层复合栅介质在制备高性能InGaAs MOS器件方面显示出更大的优势。