上世纪四十年代末，微电子技术崭露头角，便迅速引发了一次新的技术革命，到如今，它已成为当代计算机技术、通讯技术、自动控制技术等新兴技术的基础。随着微电子技术的发展，微电子器件的集成度不断提高，器件尺寸不断缩小，已进入纳米电子学的领域。纳米器件不仅仅是在尺寸上的缩小，更为重要的是，它的工作将基于器件的量子特性，其功能也因而获得突破性的改变。纳米硅器件作为硅基纳米器件，理所当然地有着无可比拟的优越性和良好的应用前景。 制备硅纳米电子器件的关键一步，是如何制备单层的高密度的尺寸均一、分布可控的纳米硅(nc-Si)量子点。本文采用等离子体增强的化学气相淀积(PECVD)方法制备三明治结构的非晶硅薄膜材料(a-SiNx：H/a-Si：H/a-SiNx：H)，利用与硅平面工艺相兼容的热退火技术，结合限制晶化的原理对晶粒的大小进行了有效的控制，在Si衬底上制备出纳米硅量子点尺寸可控、SiNx/Si界面良好的a-SiNx/nc-Si/a-SiNx双势垒结构样品。利用平面透射电子显微镜(TEM)与剖面高分辨透射电子显微镜(HRTEM)，在nc-Si层厚度为2nm、4nm、7nm和10nm的四种样品中，观测到尺寸均一、相互分离的nc-Si颗粒，晶粒尺寸与原始淀积的a-Si层厚度一致，晶粒密度的量级为1011cm-2；Raman散射谱进一步证实了nc-Si在样品中的存在。此外，还简要阐述了a-Si的晶化过程与机制，发现随着原始淀积的a-Si层的厚度的减小，a-Si层晶化所需要的退火温度升高。 本文主要采用C-V测量法，研究a-SiNx/nc-Si/a-SiNx结构的电荷存储效应。测量了样品在室温下的高频与低频C-V特性：在退火样品的C-V曲线中观测到明显的回滞现象，当外加恒定直流电压后，退火样品的C-V曲线出现更为明显的平带电压的移动，所加恒定电压越大，相应的回滞现象越明显；而在未退火样品的C-V曲线中未观测到回滞现象，加恒定电压后也没有观察到平带电压的移动。由此认为此现象是由nc-Si对电荷的存储所引起的，若一个nc-Si晶粒只存储一个电子，估算得nc-Si的晶粒密度的量级在1011cm-2，与TEM的结果一致。此外，通过样品的准静态与高频C-V曲线估算了SiNx/p-Si的界面态分布，得到禁带中央附近的界面态量级为1010cm-2eV-1，说明界面状况良好。 为进一步研究室温下nc-Si的库仑阻塞效应，当把原始淀积的SiNx/a-Si/SiNx三明治结构样品的下SiNx层厚度减小到5nm之后，我们首次在nc-Si层厚度为2nm和4nm退火样品的低频(10KHz以下)C-V曲线中观测到了两个明显的电容峰。认为，该电容峰是由于nc-Si量子点的共振隧穿和库仑阻塞效应所引起的，其间距对应于nc-Si量子点的库仑充电能。发现，随着nc-Si晶粒尺寸的减小，库仑充电能增大，对nc-Si层厚度2nm和4nm样品，其实验值分别为175meV和102meV，相应库仑充电能的理论值为180meV和90meV，两者基本吻合。当nc-Si层厚度变为7nm时，由于量子阱中容许态的增加，在C-V曲线中观测到三个电容峰，对应于量子点中的三个不同能级，能级间距的实验值分为76meV和259meV，与理论值52meV和242meV基本一致。在未退火样品中，未观测到此现象，由此确认电容峰来源于nc-Si量子点的共振隧穿和库仑阻塞效应。详细分析了其特征，并据此估算了nc-Si的密度，仍与TEM的结果一致，为1011cm-2量级。 此外，还利用等离子体氧化与layerbylayer技术制备SiO2/nc-Si/SiO2/p-Si双势垒结构的样品，得到类似的结果。同时对两者进行了对比，认为a-SiNx/nc-Si/a-SiNx结构的制备可控性更高，结构更加可靠。