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微电子技术自从上世纪四十年代末诞生以来，一直向前高速发展，引发了第三次工业技术革命，取得令人瞩目的成就。今天，它已成为当代计算机技术、通讯技术、自动控制技术等新兴技术的基础。随着微电子技术的发展，微电子器件的集成度不断提高，器件尺寸不断缩小，预计到2012年元器件的尺寸将达到30 nm，被认为几乎是微电子学的物理极限，进入纳米电子学新领域。纳米器件不仅仅是在尺寸上的缩小，更为重要的是，它的工作原理将基于器件的量子特性，其功能也因而获得突破性的改变。
本文首先介绍了在等离子体增强化学气相淀积(PECVD)系统中利用等离子体氧化、氮化的方法制备超薄的介质膜，采用电容电压(C-V)、电流电压(I-V)的测量方法对介质膜的特性进行了表征。详细讨论了C-V测量时不同的测量模式选择对测量电容的影响，以及考虑到漏电流的影响对测量结果进行了一些修正。
实验室前期的工作研究了含有单层nc-Si颗粒的金属-氮化物-半导体(MIS)结构的电荷存储的性质。本文研究了可以进行双层电荷存储的包含nc—Si颗粒的MIS结构。利用PECVD技术在硅衬底上制备a-SiNx/a-Si/a-SiNx/a-Si/a-SiNx多层薄膜结构。采用常规热退火方法使a-Si层晶化，形成包含双层nc-Si的MIS结构。采用C-V及I-V的测量方法，研究a—SiNx/nc—Si/a—SiNx/nc—Si/a—SiN结构的电荷存储效应。我们测量了样品在室温下的高频与低频C—V特性：在退火样品的C—V曲线中不同的测试频率下都观测到明显的回滞现象，扩大扫描电压的范围，回滞现象越明显；而在未退火样品的C—V曲线中未观测到任何回滞的迹象。由此我们认为此现象是由nc—Si晶粒对电荷的存储所引起的。相比于单层的nc—Si薄膜，双层nc—Si薄膜可以注入更多的电荷，我们在室温下成功观察到载流子基于Fowler-Nordheim(F-N)隧穿注入到第一层、第二层nc—Si的两级电荷存储状态，在平带电压偏移随扫描电压变化的关系图中观察到双平台现象。结合静态I-V特性的测量，证明了电荷以F-N隧穿的方式注入到nc—Si量子点中。同时结合能带图对电荷注入的机制进行了深入分析。
研究两层以至多层nc—Si的MIS结构具有十分重要的意义以及实用价值。含有多层nc—Si的MIS结构能有效地提高电荷的注入密度，以达到器件应用的级别；这种多层结构中的多级电荷存储效应的另一项重要应用，是实现多位的存储，电荷注入到不同层数的nc—Si中，屏蔽栅极电压的影响，使得阈值电压可以设为多个级别，从而实现多位的存储。