半导体工艺水平逐步强大,器件的尺寸逐渐微缩化,Al₂O₃薄膜因为自己本身的高介电常数、高带隙、高透光率得到广泛的研究。其作为新型高介电的栅介质材料,介电常数k约等于9,而目前普遍使用的材料Si O₂的介电常数只是它的一半;作为场效应晶体管中的绝缘层时等效氧化厚度变大,遂穿电流变小,器件性能可以得到有效提升。在Al₂O₃薄膜的制备方法中,原子层沉积技术（ALD）生长的薄膜纯度、均匀度、及质量都在较高水平,同时不受衬底形状的限制,随着材料的量级降为纳米尺度,ALD技术的优势日益凸显。ALD技术是通过前驱体脉冲轮流进入沉积腔室,然后在衬底表面发生化学吸附反应生成薄膜的技术。然而,ALD技术在刚开始生长薄膜时材料如何与衬底发生吸附作用以及沉积过程中的反应动力学一直没有得到充分研究,主要是因为没有与之匹配的原位监测技术。反射式高能电子衍射仪（RHEED）为材料表面分析方法,最大的优点是可以同大部分薄膜沉积系统兼容,原位监测薄膜的生长,实时迅速地给出薄膜表面的生长情况;而且在检测中几乎不破坏样品的形貌,对样品的影响可以忽略不计。RHEED得到的衍射条纹和强度振荡曲线可以实时给出沉积薄膜的质量和速率等信息。本论文研究了ALD沉积Al₂O₃薄膜的影响因素,将沉积得到的薄膜作为绝缘层制备了有机场效应晶体管,并创新性的提出了RHEED和ALD的集成系统来实时原位获取薄膜生长数据。取得了如下的研究成果:首先,研究并沉积出了质量优异的Al₂O₃薄膜;通过椭偏仪、原子力显微镜、X射线光电子能谱仪分别研究了不同沉积条件下得到的Al₂O₃薄膜,得出在Al₂O₃薄膜生长工艺参数当中,沉积温度是ALD中比较重要影响因素;生长温度直接影响ALD生长过程中的表面化学吸附,继而影响沉积薄膜的生长速率和表面粗糙度;同时,前驱体的脉冲时间也是比较重要的因素,前驱体出源量太多或者太少都会对薄膜的沉积速率及均匀性产生影响;给出了ALD沉积Al₂O₃薄膜的最佳工艺参数。然后,以ALD沉积得到的Al₂O₃薄膜作为绝缘层制备了有机场效应晶体管;通过分析其输出特性曲线和转移特性曲线,得出Al₂O₃薄膜作为绝缘层可以制备出电流开关比I_on/I_off=10⁷的性能优异的有机场效应晶体管器件。最后,安装实现了RHEED在ALD沉积过程中的实时原位监测功能;通过二级差分真空系统将RHEED作为原位监测仪器应用在ALD中,实时获取了沉积薄膜的衍射条纹和强度振荡曲线。并且,针对集成系统的接收模块提出了改进意见并给出了自主设计图。