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随着硅基微电子技术的飞速发展，半导体器件的特征尺寸根据摩尔定理不断减小。当MOS场效应管的特征尺寸达到100nm时，作为传统栅电介质的二氧化硅的厚度将小于2nm。这将引起栅电介质的可靠性和漏电流随着氧化层厚度的减小而E指数增大等一系列严峻的问题。为了解决这些问题，进一步提高微电子器件的集成度，人们于是将目光投向具有较高介电常数和低漏电流的材料上。采用各种制备工艺的多种候选材料如Al2O3、ZrO2、HfO2等金属氧化物以及伪二元系统铝酸盐、硅酸盐得到了广泛的研究。本文采用脉冲激光沉积技术制备了不同组分的(ZrO2)x(Al2O3)1-x薄膜，在不同的外界条件制备，并采用了不同的后退火方法加以比较，以对制备参数进行优化，进行了一系列电学、结构稳定性方面的测量，其中重点分析了富锆的锆铝酸盐的性质，获得了一些较好的结果：
1．对于x=0.5 x=0.6 x=0.7 x=0.8四种不同成分的(ZrO2)x(Al2O3)1-x薄膜，测定了(ZtO2)x(Al2O3)1-x薄膜的晶相转变温度分别为944.0℃、910.8℃、886.2℃和815.6℃，随组分中Al2O3含量的减少而降低。而介电常数分别为16.8、18.4、19.9和22.1，是随着ZrO2含量的增加而变大的，说明了ZrO2对整个(ZrO2)x(Al2O3)1-x系统介电常数起主要贡献。
分析了在相同沉积条件下的(ZrO2)x(Al2O3)1-x薄膜C—V和I-V曲线，发现x=0.5的(ZrO2)x(Al2O3)1-x薄膜具有最好的电学性质，其EOT为1.9nm，漏电流为30.5mA/cm2。同时，发现随着(ZrO2)x(Al2O3)1-x薄膜中Al2O3含量的减小，(ZrO2)x(Al2O3)1-x薄膜的漏电流逐渐增大，这说明了Al2O3对减小漏电流有关键的作用。比较了四种成分进行相同的快速热退火后的C—V曲线，发现只有(ZrO2)0.7(Al2O3)0.3成分的EOT有所降低，其余成分的EOT都有一定程度的增大。而对于在O2气氛中后退火，所有成分的EOT值都有较大的增加，推测是由于在O2气氛中退火，O原子能更容易扩散到薄膜和硅衬底的界面进行反应产生界面层，导致EOT的增大。
2．对于富锆的锆铝酸盐薄膜，由XRD谱图发现x=0.8的(ZrO2)x(Al2O3)1-x薄膜能在800℃快速热退火3分钟后仍然保持非晶状态，而x=0.9的(ZrO2)x(Al2O3)1-x薄膜在900℃快速热退火3分钟后就已经出现了结晶现象；同时分析了(ZrO2)0.8(Al2O3)0.2薄膜横截面的TEM照片，发现(ZrO2)0.8(Al2O3)0.2薄膜在900℃快速热退火1分钟后，出现了岛状的ZrO2结晶区域。
利用AES和XPS分析了(ZrO2)0.8(Al2O3)0.2薄膜化学结构和界面性质，推断在薄膜和硅衬底之间产生了Zr—Si—O的过渡层。
对比了退火与未退火的情况下(ZrO2)0.8(Al2O3)0.2薄膜C—F图。发现经过退火的样品，无论是从介电损耗还是从介电常数来看，都比未退火样品来得好。发现在N2气氛中沉积(ZrO2)0.8(Al2O3)0.2薄膜能得到更好的EOT和平带电压，分别为1.76nm和0.41V，说明了在N2气氛中生长的薄膜界面处固定电荷较少，界面质量有所提高。研究了不同的衬底温度对薄膜沉积的影响。发现在衬底温度为600℃时能得到最好的EOT值，为1.21nm。比较对应的漏电流之后，发现在栅电压为+1V时，四种不同衬底温度沉积薄膜的漏电流差别不大，说明了衬底温度对于栅电压+1V的漏电流影响不大。而栅电压为-1V时，300℃沉积的薄膜有着最小的漏电流，本文推测平带电压对于栅电压-1V时的漏电流影响较大。最后研究了对Si表面进行不同的预处理，发现H-terminated的Si表面薄膜的漏电流比N—terminated的来得大。