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论文首先优化了原子层淀积（ALD）的生长工艺,在此基础上使用ALD法制作了高质量的Al2O3和HfO2介质。对于生长厚度为500?的Al2O3层,五个测试点之间的标准差能够稳定在1.5左右,均匀性极佳。研究了不同生长厚度的Al2O3介质层,发现界面态密度随厚度的增加而降低,这是由于相对较厚的Al2O3层对表面的钝化效果较好。对于生长的253.8?厚度的HfO2介质,标准差能够稳定在2.3左右。而氩离子轰击XPS测试分析表明介质层内部Hf5d峰和Ols峰的占比分别为34%和63%。与Al2O3不同的是,HfO2中始终含有一定量的N1s峰,表明N原子以替代或间隙的形式存在于其中;最后,优化了 HfO2的生长温度,发现在270℃时生长的HfO2拥有最高的介电常数和最低的界面态密度。论文制作并研究了 PECVD Si3N4介质的MIS-HEMT器件,虽然器件的栅漏电流降至1×10-8A,但是栅电容却降到了 30pF,比HEMT器件降低了大约51.6%,表明了低K介质对栅控能力的削弱较大。由于Al203的介电常数大于Si3N4,因此使用ALD法制作了不同Al2O3介质层厚度的MOS-HEMT器件,绝缘层厚度为3.5nm、7.5nm和10nm的器件的反向栅漏电流分别降低为1×10-7A、4×10-8A、2×10-8A,这说明了介质层越厚,栅漏电流越小。而三者的栅电容分别为46.7pF、39.8pF、36.2pF,说明过厚的介质层对栅控能力不利。此外,拥有较厚介质层的MIS器件具有较大的输出饱和电流,本文以钝化的角度分析了此现象的原因。论文制作并研究了 ALD超薄Al2O3为过渡层的NbAlO MIS-HEMT器件,NbAlO具有较高的介电常数和温度稳定性,制作的MIS-HEMT器件也表现出了优良的特性。器件的C-V滞回只有20mV,且从10KHz到1MHz的频率变化过程中阈值电压漂移仅仅为80mV,相应的界面态密度仅为（0.38～1.1）×1012cm-2eV-1,这证明了使用ALD淀积超薄Al2O3为过渡层具有很大的优势。MIS器件跨导峰值为146mS/mm,比起常规HEMT（185mS/mm）而言,仅仅下降了 21%,这远好于使用低K介质制作的器件;MIS器件拥有非常大的GVS（3.96V）,远大于HEMT的1.36V;在栅偏压都为0V时,MIS器件输出电流为920mA/mm,比HEMT高出约260mA/mm,通过载流子浓度计算解释了其输出电流密度增加的原因。论文使用密度泛函理论研究了 High-K介质的点缺陷（氧空位）及钝化问题。第一性计算发现临近于氧空位的O与体内O的态密度相比无明显的改变,而临近于氧空位的Hf相对于体内Hf,在距离导带底0.55eV处,出现了明显的间隙态。如果MOS系统正偏（衬底电子注入）,则该间隙态能级会成为陷阱辅助隧穿的能级,加剧栅漏电流,利用该结果完美解释了 HfO2 MIS器件正向栅漏电流过大的现象;提出了降低正向栅漏电流的解决方式即采用N离子钝化,并使用第一性计算从理论上解释了 N离子钝化的机理。论文系统研究了 MIS-HEMT器件分层陷阱态的提取方法,建立了 MIS型HEMT器件的界面态模型,并计算出了 NbAlO/Al2O3 MIS-HEMT的分层陷阱密度,其中介质层/AlGaN界面态密度为（0.38～1.1）×1012cm-2eV-1,比HEMT器件的（2.2～6.2）×1012cm-2eV-1减少了近一个数量级;计算了界面陷阱在禁带中的分布,结果表明了 NbAlO介质层对距离导带底较近的陷阱的钝化效果较好。使用该模型研究了 NbAlO MIS器件的电流崩塌效应,静态工作点为（0V,0V）时,MIS-HEMT与HEMT的崩塌程度相似,而在（-8V,1V）偏置点时,HEMT器件的崩塌量为58%,而MIS-HEMT仅仅为15%;通过界面陷阱模型计算出了 MIS器件与HEMT器件的界面态密度DT及时常数τT,使用计算结果研究了在脉冲的模式下界面陷阱俘获电子的过程,并以此解释了 MIS型器件在电流崩塌抑制方面的优势。论文利用1D Possion仿真工具,从理论上研究了沟道2DEG及其子带分布随温度上升的变化情况。计算了迁移率随温度的变化,从300K时的1600cm2/Vs下降到700K时的约300cm2/Vs,证明了迁移率随温度的退化是HEMT电特性退化的根源。在此基础上研究了 MIS-HEMT器件的变温特性,其输出饱和电流密度,串联电导基本都随温度升高而线性下降,这与HEMT器件类似,主要是由于沟道电子迁移率的退化而造成。而栅漏电流在200℃前随温度的升高而升高,而200℃后稳定在1×10-5A,这远好于HEMT器件的表现。此外,高温段跨导的减少较为平缓,原因也是MIS器件的高温栅漏电流较小。论文研究了 MIS-HEMT器件的抗辐照性能,GaN功率器件的应用场所经常伴随着大量的粒子辐射,其中质子是较为常见的一种。为了检验MIS器件抗辐照能力,使用了能量为3MeV,注量为1×1015p/cm2的质子流进行了抗辐照实验。相对于辐照前,器件的C-V平带电压向正向漂移了 0.94V,解释了产生该漂移的原因;质子辐照前后2DEG峰值浓度有所改变,从辐照前的1.45×1020/cm3减少到辐照后的1.23×1020/cm3,减少量大约为15.2%,优于HEMT的退化程度;此外,辐照后NbAlO MIS-HEMT器件直流特性的退化明显小于HEMT器件的退化,通过辐照前后器件近沟道处的陷阱态密度及其时常数的计算,分析了 NbAlO MIS-HEMT器件在抗辐射方面优于常规HEMT的原因。