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氧化镓（β-Ga2O3）由于具有宽禁带宽度、高击穿电场、高饱和漂移速度等优点,成为适于功率器件的宽带隙半导体。MOSFET器件由于高功率密度、高转换效率及栅驱动简单等优点,广泛应用于电力电子系统。近年来,β-Ga2O3 MISFET国内外研究取得良好的阶段性成果,但在器件制备关键技术如高K介质/β-Ga2O3界面质量、N型欧姆接触及增强型器件设计等方面存在诸多问题,制约器件性能进一步提升。本文针对β-Ga2O3 MISFET研究存在的主要问题开展以下研究,主要研究成果如下:1、深入分析β-Ga2O3横向MISFET的物理机制和数值分析物理模型。本文理论分析了 β-Ga2O3横向MISFET的直流特性、器件模型及器件设计要点;建立了合适的β-Ga2O3器件仿真物理模型,包括碰撞离化、不完全离化、热导率及迁移率等模型,仿真同文献原型器件流片结果比较,验证了该模型材料参数的可靠性。2、β-Ga2O3横向MISFET的器件设计及场板终端研究。基于上述物理模型和半导体器件仿真（TCAD）,本文系统研究β-Ga2O3横向MISFET的器件设计、非理想效应、击穿特性等问题及其解决方法。本文通过优化β-Ga2O3 MISFET外延层、栅介质层及衬底等结构参数可有效改善器件直流特性;对比研究界面缺陷浓度、类别对器件阈值的影响;深入分析边界热阻、衬底热导率、衬底厚度等因素对器件自热效应的影响。基于器件工作机理和上述非理想效应,本论文分别给出外延层、栅介质层、衬底等参数设计规则及改善自热效应的优化方案。同时,由于β-Ga2O3横向MISFET击穿特性远未成熟,本文开展栅连接场板终端的优化研究以改善β-Ga2O3[010]横向MISFET的击穿特性。仿真结果表明:1)通过优化场板尺寸可缓解电场集中并有效提高击穿电压Vbr,从475 V提高至1270/1660 V;2)采用高K钝化层的场板结构可调节电场分布,避免钝化层提前击穿风险,使器件Vbr进一步提高283-520 V,钝化层峰值场强下降至34.5-43.78%。3、低缺陷、低漏电、高平带的Metal/高K介质/β-Ga2O3MOS界面工艺研究。由于β-Ga2O3 MISFET存在栅氧化层完整性及可靠性差的问题,本文围绕以下几个方面对Metal/高K介质/β-Ga2O3 MOS界面工艺展开研究。1)对比分析Al2O3,HfO2,及不同组分比的HfAlO等不同高K介质与β-Ga2O3的能带结构和电学特性。测试结果表明HfO2虽具有较大ε值和较大场强Eeff但也有着不理想的能带结构、漏电特性及高温特性;富Al组分的HfAlO比起HfO2具有较好的能带结构、较小的漏电流和相对较小的ε值,可调节Hf:Al组分比来线性调控带隙和能带带偏,所以更适用于β-Ga2O3MISFET。2)分别研究溶液预处理及金属栅工艺对HfAlO/β-Ga2O3电学特性的影响。研究表明:采用HF溶液比起Piranha溶液更能降低漏电流和界面缺陷,界面态密度Dit降低至4.45×1011 cm-2eV-1;采用高Φm栅电极方案如Ni,Au,Pt可获得较大平带VFB（最高6.73 V）和较小漏电流,适于增强型晶体管,低Φm栅电极Ti更适于耗尽型器件。3)研究不同类型界面缺陷对HfAlO/β-Ga2O3栅介质可靠性的影响,基于恒压应力测试发现:β-Ga2O3MOS体系存在的Dit、Nbt、Neff均会在恒压应力下被填充,随着应力时间增大加剧β-Ga2O3MOS电荷俘获和平带漂移。4、提出新型增强型β-Ga2O3 MISFET器件。本文提出一种具有优化缓冲层和三层外延层（表面层/导电层/缓冲层）的新型β-Ga2O3 TL-MISFET结构。仿真结果显示:1)采用合适缓冲层设计可兼顾器件阈值Vth和可靠性（抑制高温工艺下受主的过渡扩散）;2)论证了在恰当的外延层设计下该方案可实现增强型器件,降低增强型器件的工艺实现难度;3)相比传统结构,TL-MISFET改善了器件性能:Vbr提高185.16%,功率品质因数PFOM提高65.37%,导通电阻RON,sp增大391.85%。同时,本文也完成了 β-Ga2O3 TL-MISFET的版图绘制及工艺流程设计。5、β-Ga2O3 TL-MISFET制备关键工艺研究。本文对上述β-Ga2O3 TL-MISFET制备所需的关键环节开展工艺研究。1)通过蒙特卡罗模拟研究得到适于β-Ga2O3器件制备的离子注入方案。2)欧姆接触研究发现:表面重掺杂引发的隧道效应是形成N型β-Ga2O3欧姆接触的关键,退火时的金-半界面反应有利于降低接触电阻;在Si重掺杂β-Ga2O3可实现比接触电阻值为3.54×10-5 Ωcm2的良好接触,满足器件制备要求。3)基于Si,4H-SiC,a/r/m/c相四种sapphire,β-Ga2O3等不同衬底,本文进行β-Ga2O3异质及同质外延工艺研究,采用a-sapphire、c-sapphire和β-Ga2O3衬底结合CVD和高温后退火工艺可生长高结晶质量β-Ga2O3单晶薄膜。