当超大规模集成电路的特征尺寸缩小至小于65nnm或者更小时,传统的二氧化硅栅介质层的厚度就需要小于1.4nm,而如此薄的二氧化硅层会大幅度增加器件功耗,并且减弱栅极电压控制沟道的能力。在等效氧化层厚度保持不变的情况下,使用高介电材料替换传统的栅极介质,使用加大介质层物理厚度的方法,可以明显减弱直接隧穿效应,并增加器件的可靠性。所以,找寻高介电的栅介质材料就成了当务之急。在高介电栅介质材料中,由于五氧化二钽既具有较高的介电常数(K-26),又能够兼容与传统的硅工艺,被普遍认为是在新一代的动态随机存储器(DRAM)电容器件材料中相当有潜力的替代品。所以,制备五氧化二钽薄膜并研究其性能,有很强的实用价值,已引起人们的密切关注。本文使用射频溅射方法(RF)制备五氧化二钽栅介质薄膜,深入研究了退火温度以及工作温度对栅介质薄膜电学性能的影响,以及对器件稳定性的影响。本论文主要的研究内容如下：1.研究了不同退火温度对五氧化二钽薄膜电学性质的影响。结果显示,退火温度为400℃时,薄膜的漏电流密度最大。这是由于退火温度主要在两方面对漏电流产生影响,一方面退火温度提高的过程,也是薄膜从非晶态转变成多晶态的过程,随着晶化程度的提高,漏电流密度会变大；另外一方面在退火温度提高的过程中,氧化硅界面层的厚度会增加进而减小漏电流密度,在这两方面的共同作用下,薄膜在400℃时具有最大的漏电流密度。退火温度为600℃时,薄膜的漏电流密度较小。这是因为在退火温度升高的过程中,氧化层中的俘获电荷会缓慢消失,各种体内缺陷也会减少,随之薄膜的漏电流变小。2.研究了不同的工作温度对五氧化二钽薄膜电学性能的影响。随着工作温度的增加,薄膜的漏电流密度逐渐增大。但是,在较低的温度(如80-100K)时,漏电流急剧增大。这主要有两个影响因素,一是界面处生成的氧化硅层会促进漏电流的增大,另一方面是样品的缺陷也会增加漏电流。3.对器件稳定性的研究。对不同退火温度处理的样品施加恒压,测量其不同工作温度下,漏电流随时间变化的规律。结果显示,刚加上电压时(时间为0-2s),漏电流会急剧变大,随着时间的持续,漏电流将不再发生变化。这主要是由于刚开始时,在缺陷的影响下,电荷俘获使漏电流急剧变大；随着电压的持续施加,电荷的迁移达到动态的平衡,漏电流将不再发生明显的变化。