纳米硅(nc-Si)薄膜作为一种新型的纳电子和光电子材料，无论是在基础理论方面还是在器件应用方面都有着重要的研究意义与价值。其在硅基单片光电集成、非易失性浮栅存储器和新一代薄膜太阳能电池等领域已显示出良好的应用前景，有的已步入了实用化阶段，因此引起了国际上的广泛关注与兴趣。通过对纳米硅能带结构的调控，基于其所具有的量子尺寸效应、库仑阻塞效应及表面效应等特性，可以获得体硅材料所不具有的性质，提高相应器件的性能。对于半导体纳电子与光电子器件而言，对载流子的电学输运性质的深入研究和理解是进一步提高器件性能的关键与基础，特别是对于纳米硅量子点器件而言，给出其在微观尺度下的载流子注入、输运和复合等物理过程的信息尤为重要。本论文就是针对这一课题，利用扫描探针显微技术，包括开尔文探测(KFM)、静电力探测(EFM)和导电性探测(CAFM)等手段，在纳米尺度下研究了纳米硅材料在不同条件下的表面电势变化、微观电流-电压特性等性质，基于所制备的纳米硅器件结构提出了相应模型，并通过静电场分析建立了在KFM模式下得到的纳米硅材料的表面电势与纳米硅中电荷面密度之间的定量解析关系，进而深入研究了本征与掺杂纳米硅量子点的电荷注入、存储及迁移等过程。　　本论文取得的主要成果和创新点如下:　　1.利用KFM探针在不同偏压下，对准分子脉冲激光晶化形成的SiC/nc-Si/SiC浮栅结构注入了电子或空穴，观测到注入电荷所引起的样品表面电势的不同变化，基于纳米硅浮栅器件结构提出了相应模型，通过对此结构中静电场的分析建立了表面电势与注入电荷面密度之间的解析关系，构建了一种在纳米尺度下研究载流子注入特性的定量研究方法。这一测试和分析方法能够用于研究各种不同浮栅结构的电荷注入特性。　　2.利用KFM和CAFM技术，对纳米硅浮栅结构中注入电荷的存储特性和微观输运特性进行了系统研究。发现在SiC/nc-Si/SiC结构中，注入电子与空穴的面密度在1010-1011e/cm2左右，这与纳米硅面密度相当，说明了平均而言一个纳米硅中只能注入一到两个载流子。同时，还发现空穴的注入数目与保存时间均大于电子，这可以归结为Si/SiC体系中空穴（价带）的势垒高度大于电子（导带）的势垒高度这一原因。进而利用CAFM技术得到该结构的电流-电压特性，发现载流子输运符合FN量子隧穿模型，而通过参数拟合得到的空穴与电子的有效势垒高度比为φBh/φBe=1.4，这与KFM的结果分析相一致。同时，从实验上发现在纳米硅浮栅结构中，载流子向硅衬底的泄漏是影响其保存时间的重要因素。　　3.利用KFM技术系统研究了不同衬底类型对纳米硅浮栅结构的电荷注入和保持特性的影响，发现纳米硅浮栅结构中电子的注入和保持特性受衬底的影响显著，在n-Si衬底上具有更小的正向开启电压，所以电子在注入的同时就会发生泄漏，而在p-Si衬底上电子的保持时间更短。进一步地，我们采用EFM技术对p-Si衬底样品的微观电荷注入特性进行了研究分析，并借助平板电容模型定量计算出了注入的电子和空穴的面密度，获得了与KFM测试相类似的结果。通过对比EFM和KFM的测试原理，认为EFM图像的分辨率优于KFM，这是因为KFM和EFM分别对应静电场和静电场梯度的测量，但从构建分析模型的角度考虑，KFM模型对测试信号和注入电荷之间定量关系的表述比EFM模型的表述更加精确。为了进一步对比不同表征技术的不同特点，我们又利用常规的高频电容-电压谱对纳米硅浮栅结构的电荷注入特性进行了研究，发现其推导出的注入电荷面密度与EFM的结果相近，但均高于KFM的计算结果，提出了KFM测试中的侧壁电容效应是引起这一偏差的重要原因。　　4.使用激光诱导晶化技术制备了磷(P)或硼(B)掺杂的纳米硅材料，利用KFM技术研究了掺杂对纳米硅表面电势的影响，进而探讨了在纳米硅中有效掺杂的可能性。在实验上发现了P掺杂纳米硅在n-Si衬底上的KFM信号与本征纳米硅样品类似，说明此时P并未形成有效的掺杂，费米能级仍基本在禁带中央。在经过700℃短时间热退火后，样品的KFM信号显示出P原子有可能掺入到纳米硅中形成有效掺杂，使费米能级发生移动，并导致电荷在纳米硅与衬底之间发生迁移，从而引起了KFM信号的变化。而对B掺杂的研究则表明其与P具有不同的掺杂行为，B原子在激光晶化过程中就能进入纳米硅中形成有效掺杂。根据这些实验结果，我们提出了相应的电容模型，估算出有效的B掺杂浓度，发现其不到气相标称掺杂浓度的1％，说明对于纳米硅而言，很难形成有效掺杂，大部分B杂质原子可能留在非晶基质中。