随着超大规模集成电路的发展,MOSFET器件的特征尺寸不断缩小,传统栅介质SiO₂薄膜由于它较低的介电常数（～3.9）已经达到了它的物理极限。此时,由于量子遂穿效应,使得栅介质层的漏电流急剧增加,导致了器件的可靠性和稳定性急剧下降,严重影响器件的使用寿命。近年来,Hf基高介电常数材料由于具有较高的k值、与Si衬底具有较好的热稳定性和优异界面、较大的禁带宽度以及较大价带和导带偏移,成为替代传统Si02栅介质理想的候选材料,引起了越来越多关注和研究。薄膜晶体管（TFT）器件作为平板显示器的核心原件,对提高平板显示器的性能起到举足轻重的作用。而TFT器件的栅绝缘层性能的好坏直接影响着器件的性能。采用高介电常数的Hf基高介电常数材料代替传统的SiO₂栅介质,可以有效降低器件的漏电流、减小阈值电压,可以提高栅极对源漏极之间电流的调控作用。目前Hf基高介电薄膜材料的制备方法也有很多,原子层沉积（ALD）是目前业界制备栅介质的主流技术,但ALD技术需要高真空环境和薄膜生长速率非常慢,不利于大规模的现代化生产。而利用溶胶凝胶法制备Hf基高介电薄膜材料,其成本较低、操作简单和材料成分容易控制。因此,利用溶胶凝胶法制备Hf基高k栅介质薄膜和器件研究对集成电路的发展具有重要意义。溶胶凝胶法由于使用溶液制备薄膜,所以必须进行热处理进行固化,而热处理的温度对薄膜的质量有着直接影响。基于前期报道可知,大部分方法制备的铪基栅介质由于低晶化温度、不太高的介电常数,及高温下恶化的界面特性阻碍其在MOSFET和TFT中的继续应用。基于这些棘手问题,本论文采取Ti、Al等元素掺杂有效改善Hf02薄膜的物性,调控MOS和TFT器件性能。1、利用溶胶凝胶法制备了 HfO₂薄膜,探究了不同退火温度对其结构、光学和电学性质的影响。实验结果表明:不同的退火温度下HfO₂薄膜具有不同的晶体结构,同时退火温度有效调控了 HfO₂薄膜的光学带隙;电学测试分析表明400℃退火的样品显示了优化的电学性能。2、利用溶胶凝胶法制备了 Ti掺杂的HfO₂栅介质薄膜,研究了不同的烘烤温度对薄膜结构、光学和电学性能的影响。烘烤温度在200℃时,薄膜的电学性能最好,其介电常数相对于HfO₂薄膜有明显增加。3、利用溶胶凝胶法制备了 Al掺杂的Hf02栅介质薄膜,探究了不同的退火温度对薄膜光学和电学性能的影响。电学测试表明:400℃退火的样品显示了优化的电学性能,且漏电流有明显抑制。4、利用溶胶凝胶法制备了 InZnO/HfAlOx薄膜晶体管,通过改变HfAlOx薄膜的退火温度和绝缘层的厚度,研究绝缘层对薄膜晶体管性能的影响。器件测试表明:当HfAlOx薄膜在60℃退火温度时,InZnO/HfAlOx薄膜晶体管展现出较好的性能。