作为代表性的高-k材料,氧化铪(Hf02)已被广泛应用于微电子工业。最近采用特殊工艺制备的掺杂Hf02薄膜被发现具有明显的铁电性质。新型铁电材料与硅基CMOS集成电路工艺良好的兼容性对于集成铁电学的发展具有重要意义,预期将带来铁电存储器研究的新突破。与钙钛矿型铁电材料相比,Hf02这种新型铁电材料具有许多优异的性能,如单元氧化物材料,制备工艺容易控制,良好的Si基CMOS集成工艺技术兼容性,薄膜的结晶度要求低等。HfO2作为一种新型铁电材料,理解其原子尺度结构特征和铁电性质的产生来源是Hf02广泛应用的重要基础。为此,本论文采用第一性原理研究HfO2具有铁电性质的结构及铁电性产生来源。首先研究对比了Hf02单斜相(P21/c)、四方相(P42/nmc)、立方相(Fm3m)、正交相(Pbca)、正交相(Pnma)、立方相(Pa3)与具有铁电性质的正交相(Pca21)的电子结构,结果发现7种相结构的价带和导带主要是由O的2p态、O的2s态和Hf的5d态组成,这几种态均发生了不同程度的杂化,这说明这几种相结构相近。然后,通过类萤石结构转换进一步对比研究了6种已知相和Pca21铁电相的晶体结构,并在此基础上得到所有结构转变相对应的原子偏移量,结合晶格总能量确定了Hf02铁电晶体结构的产生来源,发现Pca21铁电相的产生来源为四方相P42/nmc或正交相Pbca。其次,分别通过berry相方法和波恩有效电荷方法对Pca21铁电相的自发极化大小进行了计算和比较,研究结果发现通过berry相方法得到的自发极化大小为22.07μC/cm2,与实验测试结果符合得很好,处于10～24μC/cm2之间。其中离子贡献和电子贡献分别为51.78μC/cm2和29.71μC/cm2,并且离子极化贡献主要来自于铁电晶体结构中的第二类氧离子此外在berry相方法计算过程中,采用四方相作为参考相得到的结果比立方相得到的结果更接近实验值。通过波恩有效电荷方法计算的自发极化大小结果分别为65.75μC/cm2(参考相为四方相)和66.22μC/cm。(参考相为立方相),计算结果约为实验测试结果最大值的3倍,相差约45μC/cm2。最后,通过比较四方相(顺电相)与铁电相的类萤石结构结合电子结构,研究了Hf02铁电性质产生来源,结果发现铁电相晶体结构中的Hf、O的杂化效应比四方相增强,且相对于四方相,铁电相的Hf5d、O2p和O2s态向低能移动,最强峰位移动0.45eV,态密度峰位的移动与Hf-O之间杂化效应的增强有关,从而推测四面体中的原子轨道的杂化导致了Hf02铁电相晶体结构的自发极化。