SONOS型电荷俘获存储器相对于传统浮栅型存储器具有能耗低，开关速度快，抗疲劳性能好，数据保持能力强等优点，目前被广泛应用于数码相机、手机等便携式数码产品中。但随着半导体制造工艺的飞速进步，半导体器件的尺寸逐渐缩小，集成度也越来越高。SONOS型电荷俘获存储器由于电荷存储在氮化物层，随着Si3N4厚度逐渐变薄，存储器件的数据保持能力下降明显，器件尺寸难以进一步缩小，导致其无法满足人们对更高的存储密度、更快的擦写速度、更优秀的数据保持性能和更好的抗疲劳性能的要求。为了应对这些挑战，一些high-k电介质材料例如HfO2，TiO2和ZrO2等被提出用来取代SONOS型电荷储存器件中的Si3N4作为电荷存储层，以期满足器件进一步微型化要求，并提升电荷俘获存储器件的存储效率和数据保持能力。在这些high-k电介质中氧空位已被证实是主要的缺陷形式。为了在high-k介质型电荷存储器件中获得高的电荷存储密度，除了单层high-k电荷存储介质，多层high-k介质结构（如HfO2/ZrO2/HfO2或HfO2/Al2O3/HfO2等）也被使用作为存储器的电荷存储层。相对于使用单层high-k介质电荷存储层的存储器件，包含多层high-k介质电荷存储结构的存储器件在电荷存储密度和数据保持能力上体现出明显的优势。不同的high-k电介质层之间的相互扩散被认为是这类多层膜结构存储器件具有更加优良存储性能的主因。但是多层膜结构带来的电荷存储单元厚度增加又与半导体微型化的趋势相悖。为满足电荷存储器件的进一步小型化和存储性能的进一步提高，我们开展了利用两种复合high-k电介质作为电荷存储层的存储器件的制备和性能研究。　　本文研究了使用不同比例的TiO2-Al2O3(TAO)复合high-k介质制备的电荷俘获存储器件的微结构、存储特性及可靠性等问题，取得的主要研究结果如下:　　1.利用摩尔比为TiO2∶Al2O3=8∶1的复合high-k介质作为电荷存储层，结合原子层沉积和磁控溅射方法制备了P-Si/SiO2/TAO/Al2O3/Pt的存储结构，系统研究了TAO复合材料的电荷存储性能。结果表明，TAO复合电介质层表现出优秀的电荷存储密度、数据保持能力和抗疲劳性能。器件在±9 V的扫描电压下具有8.83 V的存储窗口。X射线光电子能谱(XPS)测试数据表明，一定数量的Ti4+被还原为Ti3+;基于TiO2和Al2O3的相互扩散，复合介质层具有优秀的电荷存储能力。同时，器件在士10V脉冲电压下表现出较好的开关性能，在10-5秒就即能产生相应的平带电压偏移。　　2.研究了不同摩尔配比的TiO2∶Al2O3复合电介质材料对电荷俘获存储器的存储能力的影响。为研究不同组分的TiO2∶Al2O3对各项存储能力的影响，我们制备了电荷存储层TiO2∶Al2O3摩尔比为8∶1，14∶3和2∶1的三组器件。测试结果表明，在施加相同电压情况下，存储器件的电荷存储密度随着TiO2所占比例的升高而提升。TiO2的配比增加导致整个体系的缺陷态密度增加，因而导致电荷俘获层的电荷存储密度增大。而器件的开关速率也随TiO2比例提高而变快，是因为TiO2配比升高降低了复合材料体系导带底的高度，使电子从沟道隧穿到电荷俘获层更加容易。　　3.制备了使用TiO2∶Al2O3=8∶1复合材料作为电荷存储层的两种不同叠层结构的器件，以研究加入插层对于器件各项性能的影响。结果表明加入插层可以提升总的缺陷态密度而增加整个器件的存储密度。另外，增加Al2O3插层数量可以在一定程度上减少电荷俘获层储存电子的流失，从而提高器件的数据保持能力。