HfO₂薄膜被广泛应用于微电子、光学以及信息技术等高新技术领域,由于各种边界效应等因素的影响其热特性参数通常与体材料有很大的不同。因此亚微米薄膜热物性参数的测试成为亟待解决的问题,开展相关研究有利于提高器件的稳定性与可靠性,而且对微尺度传热的理论发展具有十分重要的意义。本文采用分子动力学模拟的方法对不同物相的HfO₂薄膜的热导率进行了探究,计算了温度在200-600K,厚度在5.12-31.70nm范围内的单斜相、立方相以及非晶态HfO₂的导热系数。模拟结果表明:单斜相HfO₂的热导率为0.49-1.20W/mK,立方相HfO₂的热导率为1.31-1.96W/mK,而非晶态HfO₂的热导率为0.17-0.24W/mK。在模拟的尺度范围内,不同物相的HfO₂薄膜热导率均呈现出明显的尺度效应,但表现出不同的温度依赖性,这是由于热容和声子散射强度随温度的升高表现出相对不同的变化造成的。通过分子动力学模拟的方法研究了不同条件下HfO₂与SiO₂之间的界面热传输特性,仿真结果表明:晶体与晶体之间的界面热阻要显著大于非晶与非晶之间。声子态密度的计算结果显示,非晶HfO₂与非晶SiO₂之间的声子振动模式匹配程度更好,因此声子失配程度的不同是引起晶体与非晶HfO₂/SiO₂之间界面热阻差异的最主要原因。此外,随着温度的增加,不同接触类型的界面热阻都会有一定程度的下降,这是由于在高温情况下会激发出更多的声子参与导热引起的。通过瞬态热反射方法对溅射制备的厚度为70-190nm的晶态和非晶态HfO₂薄膜热导率进行了测试。实验结果表明:在测试厚度范围内,HfO₂薄膜的总热阻值随薄膜厚度的增大而线性增加,而薄膜热导率基本不随厚度增加而变化。非晶态的HfO₂薄膜的热导率为0.42±0.042W/mK,晶态HfO₂薄膜的热导率为1.32±0.132W/mK,由于本文中测试的薄膜较厚因此没有表现出热导率与厚度的依赖关系。本文对退火前后的薄膜分别进行AFM、XRD以及XPS测试,通过表征进一步说明了相对于非晶态HfO₂,晶态HfO₂热导率的升高是一方面是材料晶化程度的提高引起的;另一方面是由于退火过程中氧空位缺陷减少,声子平均自由程增大引起了晶格热导率的升高。本文通过分子动力学模拟与实验测试相结合的方式对HfO₂薄膜的热特性进行了研究,为相关器件的热管理与热规划提供了重要的参考。