随着科技的不断进步,人们对光电子器件在性能和尺寸方面要求日益提高,从而引发对纳米薄膜材料的研究热潮。二氧化铪（HfO2）薄膜因其具有透射率高、光学带隙大、介电常数高和热稳定性好等优点,成为人们关注的材料之一。如何进一步提高致密性、绝缘性和稳定性,减少薄膜缺陷,提升光电性能成为HfO2薄膜当前研究的热点。HfO2薄膜的结构特性、光学性能和电学性能的优劣,与薄膜制备技术工艺密不可分。探究影响HfO2薄膜力学、光学和电学性能的关键技术参数和工艺规律,可为HfO2薄膜的工艺可控和性能可调提供重要的理论和实验基础。本文采用磁控溅射和原子层沉积（ALD）技术,结合快速光热退火（RPT）和微波退火（MWA）制备了不同微结构的HfO2薄膜,研究了不同工艺参数对薄膜结构和性能的影响;采用ALD交替沉积技术,制备了Hf Al O高介电栅介质复合薄膜,并成功用其制作了电荷俘获存储（CTM）器件。主要研究内容如下:（1）采用磁控溅射技术制备了HfO2薄膜,研究了氧氩比、溅射时间、溅射功率和衬底温度对HfO2薄膜结构和性能的影响。结果表明,HfO2薄膜主要为非晶态且伴随少量的单斜晶相;折射率受溅射时间影响最大;弹性模量和硬度随溅射时间的增加而增大,随氧氩比、溅射功率和衬底温度的增加而先增大后减小;残余应力均表现为拉应力,其随溅射时间、衬底温度的增大而增大,随氧氩比的增大而减小;漏电流均有不同程度的增大,溅射功率和衬底温度对漏电流有较大影响。（2）采用ALD技术制备了HfO2薄膜,研究了沉积温度、沉积周期对薄膜结构和性能的影响。结果表明,随沉积温度增加,HfO2薄膜厚度略有减小,表面粗糙度先增大后减小,硬度、弹性模量减小,残余应力增大,击穿强度和介电常数先增大后减小,折射率从2.04增至2.08;随沉积周期增加,薄膜结晶度提高,表面晶粒尺寸、粗糙度和折射率增大,透过率降低,残余应力缓慢增大,弹性模量、硬度、抗击穿电压、漏电流和介电常数均增大,光学带隙从5.57 e V增至5.82 e V。（3）采用RPT技术对HfO2薄膜进行退火处理。结果表明,随着退火温度的增加,HfO2薄膜结晶性增强;通过RPT退火后,HfO2薄膜的平均晶粒尺寸从6.5 nm增加到10.4 nm,粗糙度逐渐增大,折射率基本不变,介电常数降低至11.7。（4）采用MWA技术对HfO2薄膜进行退火处理。结果表明,在300°C-600°C范围内,与RPT退火相比,MWA退火样品的晶粒尺寸明显更大,且晶粒更均匀、致密;当退火温度为300°C时,薄膜的表面粗糙度最大（1.663 nm）;随着退火温度的增加,薄膜的折射率增大,透射率降低,介电常数减小;同条件下,通过MWA退火的薄膜整体质量优于RPT退火。（5）采用ALD交替沉积技术制备了（HfO2）0.8（Al2O3）0.2高介电栅介质复合薄膜,对其微结构、光电学特性进行了初步研究。结果表明,经过700°C高温退火后,薄膜仍为非晶态,且具有更高的透明度;采用Hf Al O薄膜代替传统的Si3N4作为存储层制作的CTM器件表现出较为明显的逆时针滞回存储窗口,经过105次写入/擦除操作后,器件存储窗口减小量仅为8%。