氧化铪（HfO2）基铁电材料作为一种新型铁电材料,因为其强的尺寸微缩能力以及与CMOS工艺高度兼容的特性被认为是铁电材料未来发展的方向之一。以这种类型的铁电材料为基础制备而成的铁电存储器被认为能够克服传统铁电存储器保持性能不足以及尺寸微缩能力差的劣势,推动铁电存储器产业的革命性发展。然而在现有的研究中我们发现HfO2基铁电存储器仍然存在唤醒效应和疲劳失效等问题,这些问题严重影响HfO2基铁电存储器数据存储的稳定性和保持的可靠性,而产生这些问题的原因本质上是由于HfO2基铁电存储器在超快电场作用下容易激发微观缺陷的产生和运动,引起可翻转铁电畴数量的改变和铁电畴相变动力学行为的改变。为了探讨HfO2基铁电薄膜唤醒效应和疲劳失效产生的微观本质,本文建立了超快时间尺度HfO2基铁电薄膜的相场动力学模型,研究了超快电场作用下铁电相的相变行为及其翻转性能的演变,具体研究内容如下:（1）建立了HfO2铁电薄膜的超快时间尺度多相共存相场模型,并利用此模型初步分析了铁电畴壁在超快电脉冲下的动态响应。通过将其与弛豫相场模型的模拟结果进行对比,我们发现动力学相场模型下的铁电畴壁运动具有惯性,这证实本文所建模型能够模拟超快时间尺度下铁电畴的动力学行为。（2）我们利用本文所建相场模型分析了电脉冲幅值、脉冲持续时间以及多脉冲宽度对HfO2基薄膜各相的影响规律。模拟结果表明铁电相在高低幅值脉冲下的转变规律截然不同;在低幅值电场下,铁电c畴体积分数随时间线性稳定改变,而在高幅值脉冲电场下,铁电c畴体积分数随时间非线性改变。基于模拟结果我们得到了低幅值脉冲电场下铁电畴壁位移和速度关于时间和幅值的关系表达式。关于单脉冲持续时间的研究表明如果脉冲持续时间低于1.2 ns,铁电c畴会发生严重逆相变。当持续时间长于1.8 ns,铁电c畴含量保持并累计增加。（3）我们建立了含点电荷缺陷HfO2基铁电薄膜的动力学相场模型。研究了超快电脉冲作用下含点电荷缺陷HfO2基铁电薄膜各相的影响规律,以及交流电场作用下点电荷产生、扩散和增多对氧化铪畴翻转性能的影响。模拟发现即使增大电脉冲幅值也不能有效抵消点电荷缺陷在薄膜中构建的局部内建电场。周期脉冲作用下,脉冲宽度越窄,含点电荷缺陷薄膜中的非铁电相含量越高。交流电场作用下点电荷增多使薄膜内越来越多铁电畴被钉扎而成为“死畴”,降低铁电薄膜的翻转性能,引起薄膜的疲劳失效。此外发现非铁电相含量随点电荷数量增加并不是单调变化,缺陷偶极子可能会增加非铁电相含量。最后发现薄膜中点电荷缺陷从界面处扩散至薄膜内会使薄膜剩余极化增加,提高薄膜的铁电性能。