第三代半导氮化镓(Ga N)由于其宽带隙、高电子迁移率、高饱和速度、高击穿场强等特点,被视为硅(Si)材料的有力竞争者。氮化镓高电子迁移率晶体更是由于利用自发极化特性和压电极化效应,在异质结界面处存在着大量的二维电子气(2DEG),有着极佳的高频特性和功率特性,而成为Ga N器件的热点。铁电材料具有极化特性,在不同的电场下会出现不同的极化方向和极化强度,在撤出外加电场后,仍能保持一定数量和特定方向的极化电场。存在一个特定数量的极化电场,才能使铁电材料的极化方向发生变化。极化的内在属性使得半导体器件的设计存在新的维度,可以将器件特定结构位置的电场通过极化来控制和保持。本文将铁电材料引入Ga N基器件中,研究铁电铪锆氧(HfZrO)薄膜材料在Ga N HEMT器件之间的相互作用,解决铁电材料和Ga N HEMT器件结合的关键问题。首先,本文详细介绍了HfZrO铁电薄膜的制备流程与分析测试方法。然后在研究团队的超净间利用原子层沉积(ALD)设备生长了HfZrO铁电薄膜。最后测试了薄膜的电滞回线,并利用XPS测试了铁电样本薄膜的元素组成。经过测试,获得了良好的极化-电压回滞曲线,其饱和极化强度为10μC/cm~2,剩余极化强度为5μC/cm~2,矫顽电场为0.4 MV/cm。其次,利用Sentaurus TCAD研究了HfZrO铁电薄膜对器件的影响。通过提取本实验淀积成功的HfZrO铁电薄膜材料参数,加入器件仿真软件的参数列表中,仿真分析结果表明,铁电材料的加入对器件的最大电流有着提升作用,与未淀积HfZrO铁电薄膜材料的Ga N HEMT器件相比,漏极饱和电流从2.05 A/mm增加为2.14 A/mm,增幅4.4%。金属-铁电薄膜-Ga N HEMT器件的放大区域与基准器件相比有着显著的提高,从原来的-4 V至1 V,扩展到-6 V至1 V。另外,本文通过分析得出结论,铁电材料中存在着一个极化方向转折点,与MOSFET的夹断点类似,尽管铁电材料的几何尺寸很长,但是真正对器件的载流子起增强作用的位置却是固定的,与栅极和漏极的电压差,以及铁电材料的本身固有属性相关。