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人们研究半导体器件已经超过一百年，自1947年发明双极晶体管以来，随着科学技术的前进和集成电路市场日趋扩大的需求，硅基集成电路的集成度越来越高，而集成电路集成密度的增加以及电路性能的提高主要归功于集成电路的构造基石—MOS晶体管最小工艺尺寸的不断缩小。当SiO2厚度减薄至其物理极限时，由于量子隧穿效应，栅极漏电流呈指数增加，对器件功耗、稳定性、可靠性和寿命等方面带来严重损伤，故而高k材料取代SiO2已为必然趋势。其中HfO2因其适中的介电常数、较好的热稳定性、较大的带隙值和较大的与Si导带偏移值而被认为是最具前景的高k材料之一。稀土元素掺杂可进一步提高介电常数、增大带隙值，并有效抑制薄膜中氧扩散。然而上述高k材料与Si衬底界面缺陷严重，构成沟道载流子迁移率下降等问题。采用高载流子迁移率衬底Ge代替Si有望构筑高速器件。但是Ge也存在易被氧化，热稳定性差等诸多弊端。因此围绕提高Hf基高k栅介质器件的性能，本论文选择Gd、N掺杂的HfO2薄膜作为栅介质，采用高载流子迁移率Ge代替Si作为沟道材料，并引入钝化层改善栅介质薄膜和衬底之间的界面特性，构筑高性能Ge基高k栅介质器件。为构筑HfGdON/钝化层/Ge结构，并研究其相关性能，我们从以下几个方面开展研究工作: (1)探究热退火温度对Si衬底上HfGdO薄膜的物性影响。退火后薄膜介电常数提高，但是界面成分不稳定，漏电流密度也随退火温度提高而增大。 (2)为了改善HfGdO薄膜界面性能，制备了N掺杂的HfGdO薄膜。探究不同N含量对HfGdO薄膜的物性影响。研究结果表明N掺杂可以有效抑制高k薄膜与Si衬底间的氧扩散，改善界面质量，界面成分由未掺氮时的SiOx变为掺氮的SiOx和硅酸盐混合物。并且当通入N2流量7sccm时，薄膜样品呈现最佳电学性能。 (3)前期工作基础上，采用Ge衬底代替Si，并通入引入钝化层，共同构筑高性能的Ge基高k栅介质器件。探究不同钝化层对Ge衬底上HfGdON薄膜的物性影响。研究发现加入Al2O3钝化层可有效抑制Ge表面氧化物GeO2的生成。并且样品呈现出最佳的电学性能。