本发明提供一种高电介质膜层结构及应用与制备方法，结构包括：迭层式介电结构，包括至少一层第一介电层及至少一层第二介电层，第二介电层的禁带宽度大于第一介电层的禁带宽度，单层第二介电层的厚度小于等于单层第一介电层的厚度，以及量子遂穿抑制层，设置于迭层式介电结构的表面上，或位于迭层式介电结构的第一介电层与第二介电层之间，量子隧穿抑制层的介电常数大于第一介电层的介电常数且大于第二介电层的介电常数。通过本发明的方案，高电介质膜层结构可以在电容介电层厚度不变的情况下，缩小等效氧化层的厚度，还可以在保持或缩小等效氧化层厚度的同时，有足够的物理厚度来限制量子隧穿效应的影响，防止漏电流增大从而导致器件失效。