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全球电子信息科技迅速发展,小范围到生活中智能手表、手机、笔记本电脑、数码相机和GPS定位系统等,大到航空、航天、航海等各大领域,电子产品已然无处不在。与此同时,人们对体积小、方便携带、快捷的电子产品提出了更高的要求。为了满足使用者的需求,电子产品的心脏（具有体积小、高密度、高速度、高数据保持、低功耗和低成本的非挥发型存储器）成为学者们的研究方向。目前,存储器有两大热点研究:一是基于传统浮栅存储器结构改进的电荷俘获型存储器（Charge Trapping Memory,CTM）,二是打破传统结构全新的非挥发型存储器。特别是电荷俘获型存储器秉承了传统的浮栅存储器其外围电路、存储阵列和制备工艺,因而其因能和传统半导体CMOS工艺相兼容,同时具有低操作电压、低功耗和高抗疲劳等性能而受到广泛关注。电荷俘获型存储器具有良好的应用前景,相信在未来将成为存储器发展的一大趋势。电荷俘获型存储器由衬底、隧穿层、俘获层、阻挡层和电极层这五部分构成。其存储原理是通过俘获层独特材料具有的缺陷来实现分立式电荷存储。此类存储方式有效地提高了存储器件的抗疲劳特性,并且有利于隧穿层厚度的减薄。然而,经调查发现目前研究的CTM仍然存在高操作电压、低电荷俘获密度、短时间数据保持、高功耗、高成本和稳定性差等问题。本课题主要基于以上存储器件存在的问题,尝试应用新的器件结构和材料,重点对电荷俘获存储器进行了以下深入研究。本课题主要工作如下:二硫化钨（Tungsten disulfide,WS2）纳米片和氧化石墨烯量子点（Graphene Oxide Quantum Dots,GOQDs）两种二维材料具有横纵尺度小、边缘功能化、带隙可调、无毒、稳定和成本低等优点为微电子行业展现出一线生机。本课题一方面,通过X射线衍射（X-Ray Diffraction,XRD）光谱、X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy,XPS）、扫描电子显微镜（scanning electron microscope,SEM）和拉曼光谱（Raman Spectra）等分析手段分别将两种二维材料WS2和GOQDs进行微观特性表征。另一方面,将两种材料分别引入到不同结构的电荷俘获型存储单元器件中,进行电容-电压（Capacitor-Voltage,C-V）、数据保持（Date Retention）和漏电流等电学性能的测试及存储器存储原理分析。在本课题研究结果表明:一方面,以钯/镐铪氧/硫化钨/镐铪氧/硫化钨/二氧化硅/硅（Pd/ZHO/WS2/ZHO/WS2/SiO2/Si）结构,利用硫化钨薄纳米片作为电荷俘获叠层,制备电荷俘获型存储器。在±5V栅极扫描电压下,器件显示出2.26V的存储窗口和高达4.88×1012/cm2的俘获电荷密度。并且,存储器在1.20×104 s的测量时间后,高/低电容分别提高3.81%和3.11%。WS2薄片独特的边缘结构、原子点缺陷和窄带隙有利于CTM信息的存储。此外,所提出的存储器制造不仅与CMOS制造工艺兼容,而且也免去了高温退火工艺过程。总体而言,对于低电压、低成本和长时间的数据保存的电荷俘获型存储器应用具有值得期待的前景。另一方面,引入GOQDs的钯/二氧化硅/镐铪氧/氧化石墨烯量子点/二氧化硅/硅（Pd/SiO2/ZHO/GOQDs/SiO2/Si）结构存储器,与没有GOQDs的相同器件相比,存储窗口大小平均增加35.7%,并且在±5 V的栅极扫描电压下就可以实现1.67 V的存储窗口。在1.08×104 s后,高/低电容分别有1.2%和3.8%的衰减。以上优异特性表明,GOQDs可以提高CTM存储器的存储性能。主要原因在于氧化石墨烯量子点具有许多含氧官能团及带隙宽度可调,并且镐铪氧具有大量可俘获电荷的氧空位缺陷,因此器件可实现低漏电流,长时间数据保持和低工作电压。此氧化石墨烯量子点存储器的结构比较简单,工艺与CMOS制备兼容,避免了复杂的过程因素的引入。二维材料的引入大大提高了电荷俘获型存储器的性能,使二维材料CTM成为当前一个发展趋势。以上两种不同结构和不同材料的存储器,希望在后续研究中有一定的参考价值。相信其凭借优异性能将在未来的电子存储市场中占据一定的优势。