20世纪60年代，戈登.摩尔博士提出了著名的摩尔定律，即集成电路的特征尺寸每三年缩小0.7倍，集成度每三年增长四倍。四十年来，集成电路产业一直遵循该定律所预言的速度发展，CMOS器件尺寸的不断缩小，集成度不断提高，二氧化硅栅介质层的厚度也需要相应下降，但受量子隧穿效应的影响，漏电流指数的增大将严重影响到传统器件的使用性能。随着半导体集成电路制造工艺的不断升级，当传统栅介质材料SiO₂的厚度减小到纳米尺寸时，电子将因量子隧穿效应直接穿过介质层，导致器件失效。为了解决这一问题，采用高介电常数（High-e）材料来替代传统的SiO₂形成栅介质层，使得在保持等效厚度的前提下增加栅介质层物理厚度，从而减小漏电流指数和杂质扩散，达到抑制隧穿效应的目的。若欲取代SiO₂成为半导体器件中的栅介质，High-e材料必须具有与SiO₂/Si材料相似的晶格结构和电子性质，并要与当前的半导体制造工艺相兼容。在众多替代的栅介质材料中，HfO₂由于具有高的电介常数（～25），宽的能带间隙（～5.68ev），以及与Si之间热稳定性好等优点，而倍受关注。目前，HfO₂被认为是非常有潜力替代SiO₂的高e栅介质材料。由于目前集成电路仍以Si为衬底，考虑到High-e材料与Si的晶格匹配和工艺兼容，本文采用原子模拟技术来考察以SiO₂为基础的High-e材料（HfO₂/SiO₂），调研发现该材料在原子层次上的信息还比较缺少。原子模拟方法计算速度快，我们将在晶格尺寸原子层次详细考察该材料的原子分布、局域晶格结构和它们与热学性能的相关关系。本文用波恩核-壳模型的经典原子模拟方法比较系统地研究了Hf_1-xSixO₂的晶格结构和热学性质。计算包括晶格常数，键长键角，弹性模量，热膨胀系数，热容，格林文森常数，声子态密度，德拜温度及高温下HfO₂表面，研究它们随温度及掺杂浓度的变化规律，结果表明Hf_1-xSixO₂的晶格常数随温度的升高而增大，Hf_1-xSixO₂的等容热容和热膨胀系数度随Si掺杂浓度的增加而降低。其中一些模拟结果与实验值吻合较好，希望我们的工作对理解Hf_1-xSixO₂晶格结构和热学性质及Hf_1-xSixO₂材料的选择提供帮助。