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受摩尔定律的影响,集成电路的集成度越来越高,集成电路中的最小单元MOSFET器件尺寸不断缩小,导致传统的栅介质SiO2层减小到原子尺寸,随之带来的是器件漏电流急剧增加,导致器件失效,无法正常的工作。选择高介电常数（k）新材料代替SiO2栅介质迫在眉睫。通过不断探索和研究发现,锆基高介电栅介质材料具有较高的介电常数和结晶温度、优越的界面特性和内部结构以及较小的漏电流,有望在未来的MOSFET器件中替代传统的SiO2栅介质材料。薄膜晶体管（Thin Film Transistor（TFT））是显示产业中的关键器件,它的性能好坏直接影响着显示器的显示质量。为了提高晶体管性能,高k材料在薄膜晶体管中的应用受到了广泛关注。高k材料在薄膜晶体管中的应用可以降低晶体管的功耗、亚阈值摆幅和提高载流子迁移率。所以高k材料在MOSFET和TFT具有很好的应用前景。本文采用溶液法制备了硼（B）、钛（Ti）、钆（Gd）等元素掺杂的Zr基高k栅介质薄膜材料,系统研究了其结构、光学、电学以及界面等方面的性质。同时采用溶液法制备了 TFT器件,研究了基于SiO2栅介质的薄膜晶体管不同沟道层和不同退火温度对器件性能的影响,同时基于溶液法制备了不同的高k材料,构筑了 TFT器件,系统研究了栅介质层及有源层的不同对器件性能的影响。本文主要的研究内容与结果如下:1.采用溶胶凝胶法制备了 ZrO2薄膜,研究了退火温度对其结构、光学以及电学性能的影响,并对漏流机制进行了分析。结果表明,合适的温度退火可以提高薄膜质量,减少薄膜缺陷。2.采用溶胶凝胶法制备了不同B浓度掺杂ZrO2薄膜,对其结构、光学以及电学进行了有效的表征,并分析了主要的漏流机制,得到了最优化的掺杂浓度。3.采用溶胶凝胶法制备了 Ti掺杂的ZrTiOx薄膜,研究了退火温度对其结构、光学以及电学性质的影响,并与ZrO2薄膜进行了对比,研究表明,得出Ti掺杂有效改善了界面质量,减小了器件迟滞,提高了薄膜介电常数。4.采用溶胶凝胶法制备了不同Gd浓度掺杂的ZrO2薄膜,借助XPS有效表征了 Gd:ZrO2/Si界面特性,并系统研究了基于该栅介质的电学特性。研究结果表明:Gd掺杂有效抑制了 SiO2生长,提高了 MOS器件的性能,并得到了最佳性能的Gd元素掺杂浓度。5.采用溶液法制备了 TFT器件,其中介质层涉及到了热氧化法生长的SiO2薄膜以及溶液法生长的高k栅介质薄膜,包括ZrOx、ZAIOx。有源层均采用溶胶凝胶法制备的In2O3、IZO和HIZO半导体薄膜。源漏栅电极均采用热蒸发的方式生长Al电极。测试了其输出以及转移曲线,并从转移曲线计算得到了阈值电压、载流子迁移率、亚阈值摆幅、开关比等性能参数并进行了分析。