自从Flash存储的概念被提出以后,Flash存储器一直在非易失性半导体存储器市场上处于主流地位,现在已经占据了90%以上的非易失性半导体存储器市场。虽然Flash存储器在商业应用已经获得巨大成功,浮栅器件作为闪存的主流技术,随着特征尺寸的不断减小,目前主流的硅基浮栅存储器随工艺技术拓展遇到严重的技术瓶颈,无法满足信息技术迅速发展对超高密度存储的要求。最主要的是器件结构尺寸持续缩小的潜力受限。同时对速度、功耗、可靠性等存储性能也提出了更高要求。工业界和学术界对下一代非挥发性半导体存储器技术的研发,主要体现为两种趋势。一是尽可能将目前的FLASH技术向更高技术代推进。另一个趋势就是在FLASH技术达到物理极限无法继续推进后,采用完全不同的新技术和新存储原理。本文从改进型方案入手,研究了纳米晶浮栅结构的非易失性存储技术。对纳米晶浮栅结构非易失性存储器的研究中,本文从器件结构和能带的角度出发分析了提高存储器件性能的可能途径。建立了纳米晶浮栅结构的电荷保持模型,分析了纳米晶材料、high-K隧穿介质材料和厚度对纳米晶浮栅结构存储性能的影响。结果表明,金属纳米晶存储器比半导体纳米晶存储器具备更好的数据保持特性。同时高K介质的引入也可以大大提高纳米晶存储器的性能。本文通过电子束蒸发加快速热退火的方法,在higk-K介质材料上制备Au金属纳米晶材料,制作了Si/ZrO2/Au Ncs/SiO2/Al结构的存储单元,并对此存储单元的电荷存储能力和电荷保持特性进行测试,并对测试结果进行分析。实验数据验证了上面的存储模型和分析结论,表明结合金属纳米晶材料和I high-K隧穿介质的方法,可以大幅度提高纳米晶浮栅结构非易失性存储器的存储性能。