闪存是当前非挥发性半导体存储器市场上的主流存储器件。随着flash进入20纳米工艺节点，基于传统浮栅结构的flash技术正面临严重的技术挑战，如浮栅耦合、电荷泄漏等。作为技术上的突破，基于电荷分立存储的电荷俘获存储器件被提出。这种电荷俘获存储器件的结构一般包含隧穿层、存储层和阻挡层等功能层。本论文主要针对当前电荷俘获存储器可持续性缩小过程中的低压和高可靠性的需求，开展新型高K栅堆叠结构的研究。通过在各功能层引入高K材料以及利用能带势垒工程的方法，构造合适的电荷俘获存储器件栅堆叠结构，从而优化器件的存储性能。　　 在存储层方面的工作，针对现有单一高K介质(如HfO2)作存储层面临的操作速度和数据保持特性等方面的问题，提出了两种优化改进方法。其一是采用HfO2/Ta2O5双层堆叠作存储层的器件结构，其二是采用Si掺杂HfO2作存储层的器件结构。实验结果表明，两种方法都在一定程度上改善了器件的相关存储特性。其中采用HfO2/Ta2O5双层堆叠作存储层的器件在性能提高上更具有优势，同时提高了存储窗口、编程擦除效率和数据保持特性。　　 在阻挡层方面的工作，制备了采用不同单层或多层高K材料堆叠作阻挡层的器件，如HfSiO、Al2O3/HfO2、Al2O3/HfSiO作阻挡层。实验结果表明，采用双层堆叠Al2O3/HfSiO作阻挡层的器件的各方面性能相对较优，这种堆叠阻挡层有效地结合了HfSiO高介电常数和Al2O3高势垒高度的优势，在一定程度上实现了操作速度和数据保持能力的折中。　　 在隧穿层方面的工作，基于隧穿层工程在电荷俘获存储器中的应用，展开了较详细的文献调研，就当前各研究机构关于隧穿层工程的进展做了总结，并对当前研究中需要解决的可靠性等问题做了相关讨论。　　 本论文工作通过在电荷俘获存储器的存储层和阻挡层引入高K材料来构造栅堆叠结构，优化了器件性能。可以看出，这种基于高K材料的电荷俘获器件栅堆叠结构显示了很好的应用潜力。同时，基于隧穿层工程的具体工作将有待于进一步的深入研究。