自从S.Wiwari在应用物理快报上,公布出第一个基于Si纳米晶存储电荷的纳米浮栅存储器,全世界越来越多的研究人员开始关注这种新型的非挥发性存储器,并希望其取代目前常用的多晶硅浮栅存储器（Flash）。当半导体结点技术发展到小于90纳米时,栅氧化层厚度将减薄至12到15埃。随着栅介质层的逐渐变薄,由直接隧穿效应产生的泄漏电流已经成为影响器件性能的重要因素。高介电常数（high-k）栅介质,在其电学等效厚度小于1.5纳米同时,能保持足够的物理厚度,从而有效的阻止泄漏电流。 本论文围绕高k介质材料和纳米浮栅存储器这一微电子领域发展的前沿课题,根据国家自然基金和上海市纳米技术发展中心基金的要求,主要进行了以下几个方面的研究:利用超高真空电子束蒸发系统,分别以高K材料Al₂O₃、HfO₂和ZrO₂为栅介质,制备了埋嵌Ge纳米晶的浮栅结构,并对其微结构、泄漏电流密度以及电荷存储特性进行了研究,取得的主要结果如下: 1.利用超高真空电子束蒸发系统,成功制备出以高K材料Al₂O₃为栅介质,埋嵌Ge纳米晶的浮栅结构。样品平带电压漂移量达到4.1V;在20V电压下,其泄漏电流密度约5.3×10^-7A/cm^-2,表明样品具有较好的电荷存储特性与较小的泄漏电流。 2.利用超高真空电子束蒸发系统,以高K材料HfO₂为栅介质,系统研究了退火条件对结构和电学性能的影响,制备出埋嵌有均匀自排列的Ge纳米晶浮栅结构。该结构具有很好的电荷存储特性和很小的泄漏电流。800℃,30分钟为优化的退火条件,此时泄漏电流密度在电压达到20V时为1.7×10^-7A/cm^-2,电荷存储密度近似为2.34×10¹²cm^-2。通过在黑暗中与光照条件下,对其电流—电压与电容—电压曲线的分析,观察到该结构具有很强的负光电导特性。 3.首次采用衬底加热的方法在较低的温度下制备Ge纳米晶,得到很大的平带电压漂