2011年研究人员意外发现掺硅的氧化铪（Hf O2）薄膜具有铁电性。与传统铁电材料相比,氧化铪具有尺寸微缩性强、与互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺兼容的优势,有望成为新一代非易失性存储器材料。研究表明,氧化铪基铁电薄膜呈多晶多相的状态,这成为制备稳定的氧化铪基铁电场效应晶体管（Fe FET）的一大挑战。器件中的介电层可有效减小漏电流,但是铁电介电薄膜结构会造成极化电荷无法完全补偿,从而形成一个较大的退极化场,不利于氧化铪基铁电场效应晶体管信息的存储。另外氧化铪基铁电薄膜由于缺陷的存在容易造成电荷捕获,从而形成内建电场,影响薄膜和晶体管的工作性能。本文采用相场方法主要研究了介电层和空间电荷对氧化铪基铁电薄膜以及氧化铪基铁电场效应晶体管性能的影响,具体研究内容如下:（1）研究了外加电场频率和电阻率对氧化铪基铁电薄膜性能的影响,发现外加电场频率和电阻率越大,矫顽场越大。（2）考虑金属-铁电-介电-金属（MFIM）结构,研究了氧化铪基铁电薄膜的厚度、电阻率、外加电场的频率等因素对该结构整体性能的影响。结果表明,随着铁电层厚度的增加,整体介电性能呈现出从顺电到类反铁再到铁电的转变。外加电场频率越高,电阻率越大,整体剩余极化和矫顽场越大。另外在金属-铁电-介电-铁电-金属（MFIFM）结构中,氧化铝的介入减小了结构剩余极化和矫顽场,考虑氧化铪基铁电薄膜多相共存的情况,发现非铁电相贯穿于薄膜时与实验结果更相符。（3）研究了空间电荷对金属-铁电-金属（MFM）结构铁电性能的影响,发现均匀空间电荷会减小氧化铪基铁电薄膜的剩余极化和矫顽场,非均匀空间电荷会造成氧化铪基铁电薄膜印记现象。考虑MFIM结构时,均匀空间电荷除了减小氧化铪基铁电薄膜的剩余极化和矫顽场外,还会造成印记现象。合适的非均匀空间电荷分布反而可以减弱印记现象,并增大薄膜的剩余极化和矫顽场。（4）建立了氧化铪基铁电场效应晶体管相场模型,研究了介电层种类和厚度、空间电荷对氧化铪基铁电场效应晶体管宏观性能的影响。结果表明:介电层越厚、介电层相对介电常数越小、铁电层和介电层中空间电荷密度越大,存储窗口越小。