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随着互补型金属-氧化物-半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS)器件特征尺寸沿着摩尔定律按比例缩小,传统的硅基CMOS器件已经走到了物理极限。由于量子隧穿效应的影响,过薄的栅介质层会导致导致器件漏电失效。为了解决这个问题,需采用具有更高载流子迁移率的材料。新型半导体材料碳化硅(SiC)和磷化铟(InP)由于高载流子迁移率成为硅沟道材料的替代者,广泛应用于微电子、光电子器件,并因其高电子饱和速率和高导热性,成为高频、高速、耐高温器件的优选材料。对高性能的金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, MOSFET)来说,小接触电阻和高稳定性的欧姆接触是必须的。然而由于金属/SiC和金属/InP界面存在费米能级钉扎效应,使得有效肖特基势垒高度(ΦB,eff)难以通过改变金属功函数来调节,其存在的根源可以通过金属诱导能隙态理论(Metal-Induced Gap State, MIGS)或者键极化理论(Bond Polarization Theory)来解释。目前,制备SiC MOSFET和InP MOSFET的源漏区域的小电阻欧姆接触仍然是一个巨大的挑战,研究金属/SiC和金属/InP的接触和界面特性对于科学研究和工程实际都具有极其重大的意义。本论文先回顾了在金属和半导体材料之间插入超薄高κ介质层抑制费米能级钉扎效应的方法。在此基础上,我们将这一方法应用到抑制金属/SiC和金属/InP界面的费米能级钉扎效应。我们采用原子层淀积超薄高κ介质,所制备的金属-绝缘体-半导体(Metal-Insulator-Semiconductor, MIS)结构通过透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope, TEM)来观察；高κ介质层/半导体界面氧化层之间的界面通过X射线光电子能谱(X-ray Photoemission Spectroscopy, XPS)来分析；电学特性通过电流-电压曲线来观察,并由此获得肖特基势垒高度和接触电阻等相关电学参数。本论文的实验主要分为两个方面：第一部分,通过在金属和SiC之间插入超薄Al2O3,我们成功实现了对金属/SiC接触电流、接触势垒和接触类型的调制,并抑制了费米能级钉扎效应。通过改变插入的Al2O3高κ介质层的厚度,我们能够根据实际的需要获得理想的接触势垒,并实现肖特基接触和欧姆接触之间的转换。超薄Al2O3和SiC的界面氧化层SiO2两种材料的单位面积氧原子密度(σ)不一致导致了界面偶极子的形成。带负电的氧原子会从σ较高的Al2O3转移到σ较低的SiO2,在Al2O3中形成氧空位,在SiO2中形成负电中心,从而形成了偶极子。本方法的具体机理是以下两种效应相互叠加：超薄Al2O3和SiC的界面氧化层SiO2之间能形成拉低肖特基势垒高度的正向偶极子；然而随着Al2O3厚度不断增加,隧穿势垒也不断增加,会增加总的势垒高度。通过调节插入的高κ介质层的厚度我们能够实现金属/SiC的最优接触。第二部分,通过在金属和InP之间插入超薄单层高κ介质层Al2O3以及双层高κ介质Al2O3/HfO2堆栈结构,我们成功抑制了金属/InP的费米能级钉扎效应,并实现了对金属/InP接触的肖特基势垒和接触电阻的调制。对比单层高κ介质的MIS结构(Au/Al2O3/InP)和双层高κ介质MIS结构(Au/Al2O3/HfO2/InP),我们发现,尽管双层高κ介质的总介质厚度要大于单层高κ介质结构,但双层高κ介质(从0.49 eV降低至0.22 eV)比单层高κ介质(从0.49 eV降低至0.32 eV)在降低肖特基势垒高度方面更具有优势。本方法的具体机理仍与偶极子有关。Al2O3、HfO2和InP界面氧化层In2O3三种材料的σ不一致(σAl2O3>σHfO2>σIn2O3)导致了界面偶极子的形成。对于插入单层高κ介质层的MIS结构(Au/Al2O3/InP),只在Al2O3/In2O3界面存在降低势垒高度的固有偶极子；对于插入双层高κ介质层的MIS结构(Au/Al2O3/HfO2/InP),在HfO2/In2O3界面存在固有偶极子且在Al2O3/HfO2界面存在外加偶极子,两个偶极子是同向同极性的,对于势垒的削减具有叠加增强的作用。这种采用单层或者双层超薄高κ介质层改善金属/SiC和金属/InP接触和界面的方法简单而有效。这为制备SiC MOSFET和InP MOSFET源漏区域的理想欧姆接触提供了一个灵活而高效的方法。该方法也能应用到其它的宽禁带半导体材料和Ⅲ-Ⅴ族半导体材料的MOSFET和势垒可调控的肖特基场效应晶体管,具有极其重要的科研价值和应用前景。