随着半导体行业的不断发展,集成电路芯片的密度随之增大,晶体管的沟道长度和栅介质的厚度也不断缩小。当传统的二氧化硅栅介质的厚度小于1.4nm时,由隧穿引发的漏电流急剧增大,导致器件的功耗增大到了一个不可接受的水平,需要寻找拥有高介电常数的、物理厚度大的新材料薄膜来取代SiO₂作为栅介质材料。在所有的制备栅薄膜的方法中,原子层淀积技术具有独特的优越性,所制备的薄膜组分一致性非常高。在本文中,主要对原子层淀积技术制备的Nd₂O₃,HfO₂和（HfO₂/Al₂O₃）纳米介质膜的光学特性进行了研究,主要的研究内容如下:1.Nd₂O₃光学特性和工艺相关性研究。首先分析了不同工艺条件下制备的Nd₂O₃介质材料的特性,得到了采用ALD方式制备Nd₂O₃介质膜的优化工艺条件如下:Nd（thd）3气化温度:185oC,生长温度范围:300-320oC,金属前驱体Nd（thd）3的脉冲时间大于0.5s。接着,研究了Nd₂O₃介质膜的光学特性和退火温度的关系。发现材料的折射率指数和高频介电常数都随着退火温度的升高减小,而材料的带隙能值随着退火温度的升高而增大。最后,分析了薄膜淀积后高温退火对Nd氧化物的界面化学态和能带排列的影响。通过研究元素Nd 3d、O 1s和Si 2p的XPS核心结合能谱随退火温度的变化,发现界面的Nd硅酸盐结构随着退火温度的不断升高,逐步由Nd₂SiO5结构向Nd₂Si2O7结构转变。并且,Nd₂O₃介质膜的直接带隙能值随着退火温度的升高逐步增大。同时,计算得到Nd₂O₃介质模和硅衬底之间的价带和导带差都大于1eV。分析结果表明,Nd₂O₃介质膜具有合适的带隙能值,并硅衬底之间具有合适的能带差,可以作为高K材料的应用。2.HfO₂光学特性和厚度及氧化剂的相关性研究。首先,研究了HfO₂薄膜的光学特性和介质材料厚度的关系,分析结果表明,当采用去离子水作为氧化剂时,预淀积膜的介电函数的实部值（ε1）随着淀积周期数的增大而增大,而当淀积周期数增大到一定程度（大于65周期）后,ε1值几乎不再随着淀积周期数变化而变化。同时材料的带隙能值也随着材料膜厚度的增大而减小。而当采用臭氧作为氧化剂时,材料的光学特性并没有随着膜厚的变化而表现出相似的变化趋势。可以看出,氧化剂对于材料的光学特性有着很大的影响。接着,文中以淀积周期数为52的样品为例,深入研究了氧化剂的不同对于介质材料光学特性的影响。分析发现,水基的HfO₂具有较大的ε1值。进一步仔细研究材料的介电函数的虚部（ε2）,发现臭氧基的介质材料,除了来自硅衬底的吸收特性峰值外,其在带隙能值内,吸收特性峰最少。此外,臭氧基的HfO₂材料具有较大的高频介电函数、直接和间接带隙能值。值得注意的是,无论是采用臭氧还是去离子水作为氧化剂,所得到的材料和硅衬底之间的价带差和导带差都比较大,这说明,原子层淀积技术淀积HfO₂介质材料时,无论采用水还是臭氧作为氧化剂,其得到的材料都能和硅衬底之间形成足够高的势垒,从而抑制电子和空穴隧穿。3.不同结构HfO₂/Al₂O₃纳米层的光学特性研究。文中分别对三种结构的HfO₂/Al₂O₃纳米介质层进行了分析研究。首先,分析了（HfO₂/Al₂O₃）_x叠栅结构中,HfO₂/Al₂O₃叠层厚度对整体介质膜的影响。分析结果表明介电函数的实部和虚部都随着HfO₂/Al₂O₃叠层厚度的减小而减小。进一步分析发现,材料的光学带隙能值并没有随着HfO₂/Al₂O₃叠层厚度的减小而发生太大的变化。同时,计算所得的材料的相对介电常数也变化不大。接着,分析了当Al₂O₃插入层位于Al₂O₃/HfO₂叠栅中的不同位置时,对叠栅的特性的影响。发现当Al₂O₃插入层位于中间层时,其叠栅的ε1值最大。通过XPS分析材料的价带谱发现,Al₂O₃/HfO₂叠栅和衬底之间的价带差和导带差都大于1eV。最后,研究了在HfO₂中添加Al组分对介质材料光学特性的影响。发现未掺杂的HfO₂介质膜在经过500oC高温退火后就出现了结晶现象。当在介质膜中引入Al组分,Al-HfO₂介质膜可以在700oC高温退火后,依然保持无定形态。特别是,预淀积的[1Al₂O₃+5HfO₂]薄膜,其光学特性预淀积的纯HfO₂相似。而且,在经过退火处理后,其无定型结构中的无序态最少,带隙能值Eg（5.5±0.1eV）的热稳定性也最好。