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在微电子器件逐渐过渡到纳电子器件的过程中，随着器件特征尺寸的不断缩小，基于纳米硅(nc-Si)量子点的浮置栅存储器由于具有工作电压低、编程速度快、存储时间长等优点被认为是最具有应用前景的新一代高密度非挥发性半导体存储器。在此背景下，本论文围绕nc-Si量子点浮置栅存储器的存储特性及其制备方法展开了一系列的研究工作。
首先，解决了作为nc-Si量子点浮置栅存储器关键部件的控制氧化层的制备问题。针对在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统中，无法在nc-Si淀积后采用原位等离子体氧化的方法在nc-Si层上获得厚度满足要求的控制氧化层，利用逐层淀积非晶硅(a-Si)并等离子体氧化原位制备SiO2介质层和PECVD技术原位淀积一定厚度的a-Si结合热氧化工艺制备SiO2介质层两种方法制备了厚度可控的、高质量的、能够满足nc-Si浮栅存储器对控制氧化层要求的SiO2介质层。
论文研究了作为nc-Si量子点浮置栅存储器核心部件的SiO2/nc-Si/SiO2非对称势垒浮栅MOS结构中的电荷存储特性。在PECVD系统中采用氧等离子体氧化单晶硅衬底形成隧穿氧化层，随后利用大氢稀释的Layer-by-Layer(LBL)技术淀积nc-Si量子点，在此基础上采用三种不同的方法制备控制氧化层，从而形成三种SiO2/nc-Si/SiO2非对称势垒浮栅MOS结构样品。三种制备控制氧化层的方法是：(1)PECVD系统中逐层淀积a-Si并等离子体氧化原位制备；(2)PECVD技术原位淀积一定厚度的a-Si结合热氧化工艺制备；(3)作为比较，采用氧等离子体原位氧化nc-Si层形成较薄的控制氧化层。研究了不同厚度的控制氧化层对nc-Si浮栅存储性能的影响。在所制备的具有厚控制氧化层的MOS结构样品中，观察到了良好的电荷存储现象。通过动态Ⅰ-Ⅴ特性的测量与分析，解释了样品中电子、空穴的注入与存储过程及其机制。
最后，设计了制备nc-Si量子点浮置栅MOSFET存储器的工艺流程和版图。利用本实验室和电子系微加工中心的仪器设备进行了工艺流片实验，成功完成了全部工艺流水。为了能够制备出可实际应用的存储芯片，与无锡华润华晶微电子有限公司合作，制定了研究和试制计划，并完成了前期的超薄隧穿氧化层与nc-Si层制备的单项实验。使nc-Si量子点浮栅存储向实用化方向迈进了一步。