제일원리 계산을 수행하여 $HfO_2$에 Si 불순물의 원자 및 전자구조를 연구하였다. 또한, Si 불순물이 ploy-Si/$HfO_2$ gate stacks에서 발생하는 역치전압 문제와 Si 기판 위에 성장되는 $HfO_2$의 형태에 어떠한 영향을 미치는지 알아보았다. ploy-Si/$HfO_2$ 계면에서 Si 원자들은 ploy-Si 에서 $HfO_2$쪽으로 쉽게 확산하고 /$HfO_2$ 내에서 양이온하된 interstitials로 존재한다. 이런 전하 이동은 interface dipoles을 야기시키고 이로 인해 특히 p+ ploy-Si 전극의 경우 기존의 $SiO_2$ 기반 트랜지스터와 비교했을 때 큰 flat band voltage 차이를 보인다. 게다가, interstitial Si 원자들은 negative-U trap으로 작용하여 gate voltage stress에 따른 역치전압의 불안정성의 원인이 된다. 한편, O-rich 성장조건에서 Si 불순물은 Hf 원자들을 대체하려는 경향이 크고, 이것이 $HfO_2$와 Si 기판 계면에 Hf-silicate 층을 형성시키게 된다. 반면, O-poor 성장조건으로 갈 수록 Si 불순물은 interstitial로 있는게 안정하고 주위에 Hf 원자들과 결합하여 Hf-silicide 구조를 형성한다.
