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本文在详细分析和讨论电子和空穴直接隧穿过程的基础上，采用顺序隧穿理论和Bardeen传输哈密顿方法并考虑到价带混和效应，发展了电子和空穴直接隧穿特征时间的计算方法。这一计算方法数值模拟的是纳米存储器的擦写和保留时间，直接分析和讨论器件的结构参数对器件存储特性的影响，可以很方便地由所要求的器件特性确定器件的结构参数。数值研究了N沟道锗/硅异质纳米结构MOSFET存储器的时间特性。N沟道锗/硅异质纳米结构存储器在低压和薄的隧穿氧化层厚度下擦写速度达到ns量级，可实现快速编程。硅纳米点高度的变化对保留时间的影响非常显著，而对写入时间的影响相对较小。由于台阶状势垒的作用，与硅纳米结构存储器相比，N沟道锗/硅异质纳米结构存储器的保留时间有三个量级以上的提高。研究了P沟道锗/硅异质纳米结构MOSFET存储器的时间特性。由于有着较高的价带带边和台阶状的势垒，锗/硅异质纳米结构存储器对空穴的存储会更加有效。模拟结果显示了P沟道锗/硅异质纳米结构存储器在隧穿氧化层厚度为2nm，栅压为3V时，可以实现μs量级的编程，而保留时间长达十年(约108sec)。与P沟道硅纳米结构存储器和N沟道锗/硅异质纳米结构存储器相比，保留时间分别有107和105倍的增长，而擦写时间变化不大。由此可知，P沟道锗/硅异质纳米结构存储器可以作为性能优良的非挥发性存储器单元。这种新型的存储器模型有效地解决了快速擦写编程和长久存储的矛盾，存储性能得到了很大改善。最后，提出了一个锗/硅异质纳米结构存储器的逻辑阵列结构，它可以作为这类器件嵌入集成电路的一个标准结构。