随着非易失性存储器存储单元的特征尺寸进入20 nm节点，传统基于多晶硅浮栅结构的存储器在结构性能上遇到诸多限制。为此，研究者们提出了多种新的非易失性存储器结构，其中使用高k材料作为电荷俘获层制备电荷俘获型存储器(CTM: charge trapping memory)，成为代替传统浮栅存储器技术的发展趋势。相比传统的多晶硅浮栅存储器，采用高k材料的浮栅存储器具备尺寸更小、工作电压更低、数据保持特性更好等优势。SONOS(Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon)是最为著名的电荷俘获型存储器，虽然该结构已经被广泛研究，但是其擦写速度与数据保持特性之间的矛盾一直存在:一方面，增强SONOS存储器的数据擦写速度需要降低隧穿层的厚度;另一方面，延长数据的保持特性需要增加隧穿层的厚度。为了解决SONOS电荷俘获型存储器存在的问题，科研工作者已经针对HfO2、Al2O3、TiO2等高k材料做了广泛的研究。上述高k材料具备与Si较大的带隙、较高的电荷捕获密度、较小的等效氧化层厚度(EOT)，因此，相比于传统的使用Si3N4薄膜做俘获层的电荷俘获型存储器，采用高k材料有望获得优异的器件性能。　　本论文主要包括三个方面的工作，第一个工作中，发展了一种基于HfO2薄膜的MHOS(Au-HfO2-SiO2-Si)结构电荷俘获型存储器。这种结构制备工艺简单，通过退火温度等工艺的调控，MHOS器件获得了非常好的电荷存储效应和优异的电荷保持能力。在±10V的扫描电压下可以获得5.1 V的存储窗口;875℃退火的样品具有10年的优异电荷保持能力。通过光致发光谱表征，探索了MHOS器件具有优异电荷存储效应的微观物理机制，确定了俘获电荷的缺陷能级位于距离HfO2导带底1.1 eV-2.9 eV的深能级中，计算缺陷的密度约为7.5×1012 cm-2。　　论文的第二个工作设计与制备了一种基于高k的TiO2材料作为电荷俘获层，高k介质Al2O3作为隧穿层和阻挡层的新型非易失性存储器件。使用电子束蒸发制备的MATAS(Metal-Al2O3-TiO2-Al2O3-Silicon)结构展示了优秀的电荷存储效应和优异的电荷长期保持能力。利用X射线光电子能谱确定了Al2O3-TiO2-Al2O3的电子能带结构。用常电流应力测试法确定了TiO2的电荷俘获中心的位置。研究表明，MATAS器件所具备的优秀的电荷俘获效应，一方面是由于Al2O3/TiO2/Al2O3所形成的量子阱对电荷的俘获，另外一方面也有可能是由TiO2高k层中含有大量氧空位缺陷与结构缺陷用来俘获电荷。　　本论文的第三个工作是在基于高k浮栅的有机非易失性存储器研究方面做出了一些初步的探索。论文中制备了以Al2O3-TiO2-Al2O3作为绝缘栅介质层，并五苯作为有机半导体层的有机存储器件。该器件在11V的工作电压下，可以观测到薄膜晶体管具有2.3V的存储窗口。为发展新型的低压工作的有机存储器件提供了一个新的思路。　　总之，本文在利用高k材料来发展新型的非易失性存储器件方面做出了一些有意义的探索，将为未来低压、低功耗、柔性新型存储器件提供有益的结果和新的思路。