自2007年英特尔公司首次将氧化铪（HfO₂）作为高介电栅极材料以来,HfO₂已经被工业界视为标准的栅极介电材料,广泛用于先进的金属-氧化物-半导体场效应晶体管内。众多关于高介电栅极材料的研究已经证明了这种材料初衷的半导体工艺兼容性。2011年,关于在HfO₂薄膜材料中首次发现了铁电性的报道激起将其用为下一代铁电存储器的广泛关注。其出众的小型化能力将克服目前基于锆钛酸铅、钛酸钡等传统铁电材料存储器无法进一步降低尺寸的难题。与此同时,HfO₂基铁电薄膜也可以使用半导体工艺完全兼容的氮化钛作为电极。这些优异的性能特征使得铁电HfO₂薄膜材料成为了未来非易失存储器材料的理想选择。然而,到目前为止,仍然存在两大关键难题阻碍着铁电HfO₂基存储器的商用化使用。一是在读写多次后出现的器件击穿现象,另一个是器件在读写过程中出现的疲劳现象。在读写次数超过10⁵至10⁶之后,材料的剩余极化强度将迅速下降,这也意味着器件的可读写窗口将快速减小,并最终导致器件失效。针对上述问题,本文基于钇掺杂的铁电HfO₂薄膜材料展开研究,系统讨论了其疲劳现象背后的物理机制,探索了其在抗辐照领域的应用可能性。第二章主要介绍了铁电HfO₂薄膜材料的制备方法以及疲劳现象的物理机制,提出了载流子注入引起的畴壁钉扎理论。第三章和第四章主要介绍了基于铁电HfO₂薄膜材料的器件在辐照极端工作环境下的性能特征。首次证明了其在伽马射线、质子辐照环境下的高稳定性,为其作为宇航级存储材料提供了可能。