当集成电路生产工艺节点进入50nm以下,传统浮栅结构的编程擦除速度和数据保持能力已经无法同时满足非挥发存储应用的要求。金属纳米晶存储器具有更高的速度和更好的可靠性,它将成为一种下一代浮栅结构非易失存储器件的有力替代者。因此有必要全面研究影响金属纳米晶非挥发存储器存储特性的因素。本文的研究为金属纳米晶存储器代替传统浮栅结构完善了理论依据。本文从金属浮栅结构电容模型计算、TCAD软件仿真和数据保持能力建模三方面对金属纳米晶存储器存储特性进行了研究。首先,从器件的电容模型出发,分析了影响器件编程擦除速度的因素。其次,利用TCAD软件SILVACO/ATLAS仿真金属纳米晶存储器件编程擦除特性。最后,在综合考虑量子限制和库伦阻塞两种效应的基础上,建立并验证了金属纳米晶数据保持能力的数学分析模型。研究结果表明:(1)增大浮栅功函数对不影响器件的编程速度,会减小器件的擦除速度,提高器件的数据保持能力。(2)增大控制栅功函数会减小器件的编程速度,会提高器件的擦除速度,不影响器件的数据保持能力。(3)金属纳米晶存储器中金属纳米晶的数量越多、直径越大,器件的编程速度越快。(4)库仑阻塞对金属纳米晶存储器的数据保持能力的影响不可忽略。(5)当金属纳米晶器件具有4nm厚度隧穿氧化层和大功函数金属材料(如Pt)纳米晶,保守估计器件的数据保持能力可达到30年。