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随着数据存储的需求不断增大,半导体存储器在国际市场的地位日益提升,研发半导体存储器在现代化的今天具有长远的战略意义。电荷陷阱型存储器(Charge Trapping Memory,CTM)作为新兴的半导体存储器,具有编程/擦除速度快、存储高密度、功耗低、非易失性等特点。在器件尺寸不断缩小的要求下,引入高κ材料作为阻挡层、存储层、隧穿层的方法得到了广泛研究,并被证实能够提升CTM的存储性能。氧化铝(Al2O3)作为典型的高κ材料,由于具有较高的介电常数、较大的禁带宽度、良好的化学和热稳定性等优点,被广泛应用于各类存储器中。本文通过研究Al2O3薄膜的制备工艺,并基于Al2O3的特性制备了金属-氧化物-半导体(MOS)电容器、薄膜晶体管(TFT)、CTM等器件,分析了沉积温度和退火条件对Al2O3薄膜质量、介电特性及器件性能的影响,探究了Al2O3作为CTM中阻挡层与隧穿层的可行性,并将Al2O3作为阻挡层应用于CTM器件中,分析了其存储性能。CTM中阻挡层的作用是抑制电子由电荷俘获层向栅电极泄漏,因此阻挡层材料应具备更小的体陷阱密度与更好的介电性能。实验基于阻挡层的特性要求,采用成膜质量高的ALD生长工艺,制备了以Al2O3作为栅介质层的Pd/Al2O3/Si MOS器件,并通过I-V、C-V、AFM测试等,对比分析了不同沉积条件与退火条件对器件的影响。实验结果表明Al2O3的沉积温度对器件漏电、表面形貌等都会产生影响。Al2O3沉积温度较高的器件在栅极施加高电场(>5 MV/cm)时会具有更大的漏电流,其击穿电压也会更低;在低电场时(<5 MV/cm),沉积温度的升高对漏电流的影响较小。介电常数随着沉积温度的升高而增大,在200℃的沉积温度并进行退火后的器件,介电常数可以达到9.02,十分接近于Al2O3的介电常数理论值。平带电压随着沉积温度的升高而发生正向偏移。另外,MOS器件通过H2与Ar组成的forming gas在400℃退火处理后漏电流降低约一个数量级,有效提升了Al2O3薄膜的介电性能,退火后的薄膜表面也会更加平整。隧穿层的质量依赖于该层与Si衬底的接触界面特性与自身的薄膜质量,在编程/擦除的过程中,厚度相对较薄的隧穿层上电场非常强。基于隧穿层的特性,制备了Al/IGZO/Al2O3/Si的TFT器件,研究了 Al2O3薄膜作为栅介质层的特性。研究结果表明以Al203为栅介质层制备的IGZO-TFT器件表现出良好的输出与转移特性,并提取了迁移率、开关电流比等参数进行分析,饱和区的迁移率为4.66 cm2/Vs,亚阈值摆幅为76mV/dec,开关电流比达到了 2.1×108,并且发现对Al2O3的退火处理也能够改善IGZO-TFT器件的性能。通过制备Pd/Al2O3/HfAlO/SiO2/Si的CTM器件,研究其存储性能。根据CTM的电学性能测试,发现在扫描电压为±10 V时表现出5.04 V的存储窗口,并且在退火后,存储窗口的大小得到了有效提升,呈现出随退火温度增加而增大的特点,600℃氮气气氛退火后器件的最大存储窗口为6.43 V。CTM的保持特性是存储器性能的重要指标,通过测试并拟合出10年内平带电压的变化曲线。我们发现以Al2O3应用于CTM存储器中能够有效抑制电荷的泄漏,表现出良好的存储特性。