随着英特尔公司宣布开始量产22纳米工艺制程的芯片,集成电路的器件线宽不断减小,基于电荷存储机制的传统存储器已经遇到极大的挑战。在这个背景下,许多新型存储器被提出,其中最有希望的候选之一就是阻变存储器,而阻变存储机制的研究是当前阻变存储器的研究热点。最近,关于SiOx薄膜中"nc-Si细丝通道”引起的阻变特性的报道引起了广泛关注,同时为我们探索nc-Si薄膜的阻变特性提供了线索。nc-Si薄膜作为一类重要的硅基功能材料,在硅基光电集成方面有着重要的应用前景,对nc-Si薄膜的阻变特性的研究将对阻变材料在未来存储器中的应用有着重要的意义。本文以镶嵌在Si02基质中的nc-Si薄膜为研究对象,采用电子束蒸发法制备了SiO薄膜,通过HR-TEM研究SiO薄膜和nc-Si薄膜的微结构,用XPS分析了SiO薄膜和nc-Si薄膜的组分结构,探讨了不同的退火条件对nc-Si薄膜结构的影响。在此基础上,制备了顶电极/nc-Si薄膜／衬底的“三明治”结构样品,进而研究了不同样品制备条件下c-Si薄膜的阻变特性,分析了阻变特性的根源。基于经过擦／写操作的器件的R-TEM,提出了nc-Si细丝通道模型,并通过原子键的结构图解释了nc-Si薄膜的阻变机制。最后,研究了阻变nc-Si薄膜的介电函数特征峰,提出了以nc-Si为核心,SiOx为壳层的核壳结构,是形成nc-Si细丝通道的基本单元,为阐明阻变机制提供了有力的证据。本文的主要成果和创新点如下：(1)利用电子束蒸发制备SiO薄膜结合退火的方法制备了nc-Si薄膜。采用HR-TEM对样品进行了表征,证实了快速热退火与常规炉管式退火相结合可以得到均匀性较好的镶嵌在Si02基质中的nc-Si薄膜。根据XPS建立了SiO薄膜和nc-Si薄膜的RB_RM混合模型,阐明了原始SiO薄膜的结构特征和nc-Si薄膜的形成机制。同时,在nc-Si薄膜中观察到了由于“电荷存储效应”引起的XPS峰位漂移的现象。(2)退火前后的样品的I-V特性的对比表明nc-Si是产生阻变特性的关键。在排除了顶电极材料对阻变特性的影响的前提下,我们证明了nc-Si薄膜是阻变特性的唯一原因。基于HR-TEM结果,使用“nc-Si细丝通道”模型解释了器件的阻变机制；建立了Si、O原子成键示意图,阐明了SiOx(?)Si的氧化还原反应和“nc-Si细丝”的“断开”与“连接”。此外,利用光刻方法减小顶电极的面积,并成功改进了nc-Si薄膜器件的阻变特性。(3)根据SiO薄膜和nc-Si薄膜的结构模型,选取了相应的介电函数模型,研究了nc-Si薄膜结构与介电函数特征之间的关系。基于我们的纳米硅薄膜的介电函数特征峰有别于nc-Si镶嵌在Si02基质结构的特征峰,提出了以nc-Si为核心,SiOx为壳层的核壳结构,该结构将有利于nc-Si硅细丝通道的形成。并从nc-Si的尺寸、间距以及SiOx壳层的厚度解释了阻变特性与nc-Si核壳结构的关系,为阻变机制模型提供了有力的证据。