近年来,在LaAlO₃（LAO）/SrTiO₃（STO）异质结界面发现了高迁移率的准二维电子气（Q2DEG）,这使通过调制绝缘体SrTiO₃表面和界面附近的载流子浓度而产生Q2DEG成为可能。随后,经过Ar⁺刻蚀处理后的SrTiO₃表面也发现了Q2DEG,SrTiO₃从绝缘态转变为半导态。外延生长对制备仪器、生长条件和成本控制方面提出了巨大的挑战,Ar⁺刻蚀SrTiO₃作为一种非外延制备SrTiO₃表面Q2DEG层的方法,其显著优点是实验条件简单、成本低、易于大规模生产。实现对Q2DEG的调制是理解和应用与Q2DEG相关奇异现象的重要途径,也是基于Q2DEG器件的基础,本文顶栅电场调制的HfO₂/SrTiO₃全氧化物场效应晶体管,实现了对Ar⁺刻蚀SrTiO₃表面Q2DEG体系的调制与研究。Ar⁺刻蚀SrTiO₃单晶表面导电层为其导电沟道,其栅极介质层为射频磁控溅射非晶HfO₂薄膜。综上所述,本文研究了如何制备HfO₂/SrTiO₃全氧化物场效应晶体管、表征了HfO₂/SrTiO₃全氧化物场效应晶体管的性能、并研究HfO₂/SrTiO₃界面Q2DEG的输运性质,最后对栅极HfO₂非晶薄膜的漏电机理进行了研究。主要内容有:1、首先控制不同的Ar⁺加速电压对（SrTiO₃）单晶刻蚀,研究刻蚀能量对Ar⁺刻蚀SrTiO₃导电层影响。随着Ar⁺加速电压增加,面电阻率从3×10⁴Ω/□降低到6×10²Ω/□,降低约2个数量级;载流子迁移率基本不变,77K时载流子迁移率约为200cm²·V^-1·s^-1;面载流子浓度不断升高,保持在10¹²～10¹⁴cm^-2之间。不同加速电压刻蚀制备的样品均满足电阻R=a+bT^α关系,α≈2.5表明样品面电阻主要来自于电子-电子相互作用。随后研究刻蚀Ar⁺刻蚀SrTiO₃单晶表面导电层稳定性的影响,刻蚀能量越高,样品稳定性越好。将HfO₂薄膜沉积到Ar⁺刻蚀SrTiO₃单晶样品表面,HfO₂薄膜能显著改善Ar⁺刻蚀SrTiO₃样品稳定性。2、其次采用掩模板图形化工艺选择性刻蚀和沉积薄膜制备HfO₂/SrTiO₃场效应晶体管。从77K到300K,场效应晶体管源、漏电极与沟道之间均保持欧姆接触。T=300K,V_DS=1V,当栅极电压V_GS?-8.5V时发生关断,关断电流非常低约为100nA,开关比可以达到10²。变温场效应测试表明温度降低,阈值电压不断向负半轴移动,同时关态电阻在200K以上变化不大,200K以下,温度降低,关态电阻显著降低,低温下顶栅电场对沟道的调制受到了抑制。LCR测试中,低频时场效应晶体管C-V是典型的MOSFET器件C-V曲线。变温LCR测试中,在测试温度范围内HfO₂/SrTiO₃场效应晶体管C-V均为典型的MOSFET器件C-V曲线。温度降低,器件V_th将向负半轴增大C-V曲线频率之间的差异性将慢慢变小。最后研究了HfO₂/SrTiO₃场效应晶体管疲劳特性。不断增加的循环次数不会影响HfO₂/SrTiO₃场效应晶体管转移特性曲线开关特性和关断电流,器件开关比保持在10³以上,可以准确识别ON-OFF状态。3、最后设置射频磁控溅射沉积HfO₂薄膜过程中氧氩分压作为唯一变量进行对照,研究氧氩分压对HfO₂栅极漏电、场效应性能、关态电流等的影响。射频磁控溅射过程中气氛差异会对场效应性能产生巨大差异,氧分压的增大能显著改善样品的场效应性能。对变温I_GS与V_GS进行拟合分析,SCLC可能为栅极漏电主导机制。最后根据Space-Charge-Limited Current机理对HfO₂栅极薄膜缺陷进行分析。氧含量增高一方面有助于降低HfO₂薄膜缺陷密度,另一方面改变了特征温度T_t,特征温度T_t与缺陷在能带中的分布有关,T_t越小,缺陷分布随能量变化越快;而T_t越大,陷阱分布越接近于缓慢变化。氧含量增高改变了缺陷在能带中的分布,导致T_t减小,同时J-V^m指数项m=T_t/T+1减小,漏电密度强烈依赖于m的变化,氧含量增高使得m减小,栅极漏电显著降低,从而场效应性能得到提高。