Flash存储器是当前非挥发性半导体存储器市场上的主流存储器件。但当集成电路生产工艺节点进入20mm以下,由于电容耦合效应和薄栅泄露问题,传统浮栅结构Flash存储器的编程擦除速度和数据保持能力已经无法同时满足非挥发存储应用的要求。作为技术上的突破,基于分立电荷存储的器件被提出并将取代传统的浮栅存储器。基于分立电荷存储器件主要分为以分立纳米晶作为电荷存储介质的纳米晶存储器和以化合物自身的深缺陷能级存储电荷的陷阱俘获型存储器。本论文主要针对当前这两种类型器件,研究了以金属纳米晶存储器和基于高k材料的陷阱俘获型存储器为代表的分立式电荷存储器件,并从材料选择,结构优化,测试方法以及可靠性等方面做了较全面的研究和探索。　　 在金属纳米晶存储器方面,我们提出了铝纳米晶存储结构和Au-Al2O3core-shell的核壳型纳米晶存储器结构。对于铝纳米晶存储器,由于铝纳米晶具有良好的热稳定性,低廉的成本,以及与CMOS工艺兼容性,使得这种新型的铝纳米晶存储器在未来的闪存市场上具有很好的应用前景。我们利用快速热退火处理(RTA)的方法,通过不同的工艺条件的调整,实现了铝纳米晶存储层的制备。制得的铝纳米晶具有高达5×10-11cm-2的密度以及合适的尺寸(5～10nm)。这种铝纳米晶存储器具有较大的窗口,较低的操作电压,较高的擦写速度以及在高温下良好的数据保持能力;对于Au core/Al2O3 shell的核壳型纳米晶存储器结构,我们采用电子束蒸发Al/Au/Al多层薄膜结构,并在氧气氛围下退火形成了核壳型纳米晶。高分辨TEM照片可以清晰表征这种核壳型纳米晶嵌入在氧化铪介质层中。其中Au核尺寸大约为5～7nm,外面包裹的Al2O3壳大约为1～2nm。电学测试表明该核壳型存储器除了具有低压高速的优良性能外,在数据保持方面,与没有Al2O3壳的Au纳米晶存储器对照器件相比,得到了很大的提高。这种核壳型纳米晶存储器为未来的纳米晶存储的结构性能优化提供了一个很好的指导方向。　　 在陷阱俘获存储器方面,我们制备了经典的MANOS(Metal/Al2O3/Si3N4/SiO2/Si)结构,比较分析了不同后退火条件器件性能的差异。实验结果表明,采用氧气退火,器件性能得到较大的提高。同时我们利用x射线光电子能谱分析(XPS)方法分析了不同后退火工艺导致的材料特性变化,并结合能带理论对器件性能差异进行了解释,进一步说明MANOS结构的主要电荷泄露机制。同时为了进一步确认不同的退火条件对氧化铝阻挡层的性能影响,我们又制备了没有氮化硅存储层的MAOS(Metal/Al2O3/SiO2/Si)结构。电学性能测试也很好的支持了先前的结论。这对MANOS类型存储器的性能优化提供了一个理论支持。　　 在可靠性方面,我们利用Pulse-CV方法捕捉了MAHOS fMetal/Al2O3/HfO2/SiO2/Si)和引入氧化铝夹层的MAHAHOS(Metal/Al2O3/HfO2/Al2O3/HfO2/SiO2/Si)电容存储结构充电过程后的瞬态泄露信息。通过比较分析不同情况下两种器件的瞬态泄露信息,我们提出了电荷再分布模型,并取得了一定的进展。