自从金属-氧化物-半导体（MOS）器件出现以来，集成电路的集成度按照摩尔定律增加，相应地，器件的物理尺寸按照等比缩小的原则不断缩小，SiO₂作为栅介质的厚度不断缩小，特征尺寸在0.1μm以下的集成电路要求SiO₂栅介质的厚度小于1.7nm。当SiO₂的物理厚度减小到1.5nm时，栅电流将会急剧增加，高达1×10A/cm²。如此大的栅电流，将会产生很多严重的问题，如热稳定性、散热、寿命等问题，严重地影响着器件性能，使器件不能正常工作，以致限制了集成电路的进一步发展。目前，正在利用介电常数较大的材料来代替传统的SiO₂作为栅介材料，来减少隧穿电流。La₂O₃是一种新型的高介电常数的栅介材料，它的优良性能引起了微电子界的注意，但它的很多特性还有待于研究，其中最重要的是它的热稳定性和隧道电流。 针对这种情况，笔者开展了以下几方面的工作，获得了一些有意义的结果。 1．在分析变角X射线光电子能谱（XPS）原理和理论的基础上，针对栅介薄膜厚度测量的需要，引进了新的计算超薄单层厚度和多层厚度的计算方法，编写了变角XPS计算多层结构的处理软件。其计算结果与英国国家物理实验室的ARCtick软件的计算结果相比，有相同的准确性。本软件不仅仅能计算多层薄膜的厚度，而且能验证假定模型的正确性。这种算法和软件的实现对于MOS栅介质层的结构分析有很高的实用价值，对于微电子器件的结构研究有一定的推动作用。 2．利用射频溅射镀膜技术在Si片上制备了La₂O₃膜，通过变角XPS分析和多层结构的定量计算，测得La₂O₃与Si衬底之间的SiO₂层厚度为0.6nm。在O₂中、700℃、10分钟退火，薄膜样品的SiO₂层厚度增加得比较大，达2.1nm。在N₂中、700℃、10～30分钟退火，薄膜样品的SiO₂层厚度为1.2nm。在N₂中退火处理的样品再次在O₂中、700℃、10分钟退火，发现La₂O₃与SiO₂层厚度没有发生变化，说明N₂退火后SiO₂界面层趋于稳定，比在O₂中退火其厚度要小。在N₂中退火处理有利于提高Si上La₂O₃薄膜的热稳定性，是稳定界面层的重要途径。 3．比较了WKB和精确解法计算栅介质隧穿电流的方法，精确解法在解决单SiO₂层和WKB准经典近似有相同的结果，但是WKB不适合计算La₂O₃/SiO₂双层栅介层的隧穿电流，而精确解法能精确地计算双层栅介质隧穿电流。首次用精确解法计算了La₂O₃/SiO₂双层栅介质结构的隧穿电流。对比栅极注入和衬底注入隧穿电流，显示衬底注入隧穿电流要比栅极注入隧穿电流大1-2个数量级。在等效氧化层厚度相同的情况下，比较了几种不同的SiO₂层厚度和La₂O₃层厚度结构的隧穿电流的大小，给出了SiO₂层厚度和La₂O₃层厚度对隧穿电流的影响。