存储器作为信息的主要载体,是支撑现代社会各行各业不断发展的重要支柱,因此,具有高存储容量的存储器一直都是研究的热点。SONOS（Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon）型结构的存储器采用Si3N4代替多晶硅浮栅层,有效改善了传统浮栅存储器的漏电流问题,增强了器件的可靠性,受到了广泛的关注。但是Si3N4作为器件的电荷俘获层,陷阱能级较浅,不利于电荷的俘获,且随着器件尺寸的下降而导致的电荷泄露问题不可避免,因此,寻找性能更加优异的可替代的存储器是至关重要的问题。将high-k材料应用于电荷俘获存储器结构,代替传统的SiO2和Si3N4,对解决因尺寸缩小导致的漏电流问题以及提高器件的数据保持性能提供了极为有效的方案,并具有良好的应用前景。因此,本文采用high-k材料HfO2-ZrO2作为器件的电荷俘获层。探究了该器件在不同工艺条件下的电荷存储能力,并尝试分析其存储机制。主要内容概括如下:1.基于传统的SONOS结构,根据high-k材料的性质,结合各功能层的特点,选取high-k材料Al2O3作为器件的隧穿层和阻挡层,通过实验验证,选取单层HZO作为器件的电荷俘获层。通过PLD系统,制备了p-Si/Al2O3/HZO/Al2O3/Pt结构的电荷俘获型存储器。在不同的生长温度下制备了HZO薄膜,通过AFM测试,发现300℃生长的HZO薄膜粗糙度最低,表面平整度最高,故采用300℃作为薄膜的生长温度。采用SEM对样品的截面进行了测试,成功标定了各介质层的厚度,确定了其生长速率。2.对制备的HZO电荷俘获存储器进行电学性能测试,分析其存储特性。结果表明,HZO存储器具有优异的存储性能和良好的数据保持能力。当外加电压为±12V时,获得的存储窗口最大,为8.9V,电荷存储密度约为1.42×1013cm-2。制备了多组样品,分析了不同退火温度及不同退火气氛下HZO器件存储窗口的变化情况,结果表明,800℃退火的器件存储性能最好,这是因为当退火温度过高时,由于界面处内扩散恶化,将会严重影响器件的存储性能;而在N2和O2气氛中退火的样品,在±10V的扫描电压下,存储窗口分别为1.4V和6.9V,对应的电荷存储密度分别为1.6×1012cm-2、1.10×1013cm-2。3.通过对HZO薄膜进行XRD、XPS测试,分析了其结构成分变化。通过绘制器件的能带图谱,尝试分析了HZO电荷俘获存储器的存储机制。研究表明:在O2气氛下,经过800℃退火90s的样品,出现了结晶峰。根据分析,该峰对应的是四方ZrO2的（111）晶面,与常温常压下形成的单斜相相比,ZrO2的四方相在结晶膜中具有更高的介电常数和更小的晶粒尺寸,这有利于器件在小的操作电压下获得更大的存储窗口和更高的电荷存储密度;而XPS的分析结果表明,经过高温快速退火处理的HZO薄膜,Hf4f轨道和Zr3d轨道的结合能均比没有退火处理的HZO薄膜高,这表明经过高温退火处理,HZO薄膜中的Hf-O键和Zr-O键的数量增加,从而产生了更多了缺陷态,这解释了不同温度下对应的存储窗口的变化问题。最后对HZO电荷俘获存储器的能带结构进行估算,根据能带图谱分析了器件的读写机制,发现HZO相对于Si的导带偏移较小,这有利于提高器件的写入/擦除速度,并且根据数据保持特性分析,在P/E速度提高的同时,保持性能没有牺牲,这表明HZO器件具有优异的电荷俘获能力。