分別以 10 KHz 和 100 KHz 頻率量測高介電常數薄膜的高頻電容 電 壓 特 性 ， 由 圖 4-1 可 以 看 到 HfO2 、HfAlO(Hf:Al=9:1) 、 HfAlO(Hf:Al=7:3)和 Al2O3 10 KHz 和 100 KHz 頻率量測之電容-電壓 曲線幾乎重疊在一起，以二頻率方法校正亦獲一致曲線。HfO2、
變形(distortion)的現象發生，HfO2 和 HfAlO(Hf:Al=9:1)薄膜分別在 600℃ 和 800℃ 變 形 現 象 明 顯 改 善 ， 乃 介 面 層 成 長 所 致 ， HfAlO(Hf:Al=7:3)薄膜隨著因薄膜沉積後熱退火提高而改善介面特性 消弭變形現象，Al2O3薄膜的介面特性佳，並無電容-電壓曲線變形。
經計算電容等效厚度，結合第三章 TEM 分析結果，計算其介電常數 值，HfO2薄膜~13；HfAlO(Hf:Al=9:1)~11.5；HfAlO(Hf:Al=7:3)和 Al2O3
薄膜分別為 9 和 8，除 Al2O3薄膜外，其它三者介電常數值較文獻偏 低，其原因不明，有待後續研究。圖4-2 與圖 4-3 分別為不同薄膜沉 積後熱退火溫度之平均電容等效電容厚度與等效電容厚度累積分佈 圖。HfO2薄膜經薄膜沉積後熱退火 400℃和 500℃，電容等效厚度並 無明顯改變，但在 600℃就些微增加，在 700℃的熱退火下，電容等 效厚度就有顯著的增加，HfAlO(Hf:Al=9:1)薄膜與 HfO2情況類似，經 800℃退火之後電容等效厚度開始增加。HfAlO(Hf:Al=7:3)等效電容厚 度在 600~800℃退火無明顯變化，反而在 900℃出現等效電容厚度下 降情形。Al2O3的電容等效厚度經 700~1000℃退火，電容等效厚度無 明顯變化，圖4-3(d)顯示高達 1000℃退火下 Al2O3薄膜其電容等效厚 度與 700~900℃薄膜無異，就 Al2O3 薄膜而言，高溫熱穩定性高達
火後電容等效厚度明顯增厚，HfO2薄膜在大於600℃退火後電容等效 厚度增加主要應來至於介面層的成長[63] 。對照圖 4-3(a) 結果顯示 在 700℃退火下，HfO2之介面層成長非常不均勻。HfAlO(Hf:Al=7:3) 薄膜於退火溫度在900℃會析出 HfO2結晶，低於 800℃為非結晶，電 容等效厚度在溫度低於 900℃未見上升，應是無介面層形成。900℃
熱退火下電容等效厚度下降，推測是高介電常數 HfO2結晶所造成。
HfAlO(Hf:Al=9:1)薄膜，雖在 700℃會有高介電常數 HfO2結晶，800℃
明顯的電容等效厚度增加情形，應是介面層形成。 30 % Al 元素添加
但是隨著沉積後熱退火溫度增加，氧化層電荷降低，推測沉積後熱退 火 溫 度 可 消 除 HfO2 薄 膜 內 的 缺 陷 降 低 氧 化 層 電 荷 。 對 於 500~1000℃HfAlO(Hf:Al=9:1)與 600~900℃HfAlO(Hf:Al=7:3)薄膜而 言，∆ 值分別為 0.02~-0.07 V 與-0.01~-0.32 V，沉積後熱退火有可能 使得薄膜內產生負電荷造成平帶電壓往正電壓方向移動。
圖 4-5 為從負偏壓掃至正偏壓，再從正偏壓掃至負偏壓之高介電 常數薄膜不同沉積後熱退火的電容-電壓圖，掃描範圍為平帶電壓約 正負1V，若是正反掃的電容-電壓曲線並無重疊在一起而產生水平位 移，表示電荷被高介電常數薄膜內缺陷捕捉形成遲滯效應，由圖4-6，
Al2O3 薄膜其遲滯效應隨著退火溫度增加而降低，意味著沉積後熱退 火有助於陷阱密度(trap density)降低，而 HfO2 薄膜亦有此現象，但 HfO2在 600℃熱退火有介面層成長可能性，電荷要穿過變厚之介面層 而被 HfO2捕捉的機會也大幅降低，700℃熱退火 HfO2薄膜介面層成 長不均勻所致，其遲滯現象差異大，如圖 4-7(a)。而 HfAlO(Hf:Al=9:1) 和 HfAlO(Hf:Al=7:3)薄膜的遲滯效應並不嚴重，意味著 Al 元素添加 有 助 於 降 低 薄 膜 內 的 陷 阱 密 度 ， 這 與 文 獻 [63] 吻 合 。 但 HfAlO(Hf:Al=7:3)薄膜在 900℃的高介電常數薄膜沉積後熱退火下，
成長，推測 HfO2 結晶相裡的陷阱，造成遲滯現象微幅上升，圖 4-6 為高介電常數薄膜電容之遲滯統計圖。