自氧化铪薄膜作为高介电常数栅介质材料成功用于45纳米及其以下节点集成电路CMOS器件以来,新型介电材料在逻辑器件和存储器件扮演着越来越重要的角色,如铁电负电容材料、电荷俘获层材料。钆掺杂氧化铪作为一种性能优异的介电材料具有高介电常数、漏电流密度低、低氧空位浓度、稳定性良好等优点,在下一代逻辑与存储器件中表现出良好的潜在应用价值。本文利用原子层沉积技术制备了钇掺杂氧化铪薄膜,并对其电荷俘获特性和铁电特性进行了研究。具体研究内容如下:(1)研究了基于单层钆掺杂氧化铪(GHO)薄膜的Metal/GHO/Si02/Si(MGOS)结构器件。研究了 Gd掺杂浓度对GHO薄膜电荷俘获特性的影响,测试结果表明Gd掺杂浓度为0.5at%时,器件的电荷俘获特性最优,该MGOS结构器件具有优秀的存储效应(±10 V的扫描电压下7.7 V的存储窗口)和稳定的数据保持能力。并且在写入/擦除(P/E)速率和耐疲劳特性方面的性能没有被牺牲。优良的存储性能归因于两方面:一是GHO薄膜中高的缺陷态密度;二是钆掺杂引起的缺陷能级的降低。(2)提出了一种具有Hf02/GHO/HfO2/Si02/Si结构的叠层薄膜器件。通过C-V测试证明GHO叠层薄膜具有铁电特性。随后对器件进行了快速退火处理,通过C-V特性测试观察到400℃和500℃氩气气氛下退火5分钟后的样品表现出铁电性,600℃和700℃氩气气氛下退火后的样品表现出电荷俘获特性,而800°C退火后的样品的C-V曲线几乎没有迟滞现象。结合高分辨透射电镜表征我们认为这种现象归因于退火对GHO叠层薄膜晶相组成的调制作用,非晶GHO薄膜电荷俘获特性佳,正交晶系的GHO薄膜铁电性佳。(3)利用少层二硫化钼作为沟道材料分别制备了电荷俘获型存储器件和负电容场效应晶体管器件。所制备的基于二硫化钼的电荷俘获存储器在4 V扫描电压下表现出了2V的存储窗口,低电压下可观的存储窗口归因于钆掺杂氧化铪薄膜高的缺陷态密度和钆掺杂引起的缺陷能级的降低;所制备的负电容场效应晶体管漏电流密度低,无迟滞效应,这归因于钆掺杂氧化铪薄膜高的介电常数和强弱适度的铁电性。