Speichertechnologien sind in unserem Alltag allgegenwärtig und die Anzahl elektronischer Geräte, die darauf angewiesen sind, nimmt weiter zu. Hinzu kommt die Limitierung der bisher einfach zu erzielenden Reduzierung der Strukturgröße von Transistoren sowie der Dicke der verwendeten isolierenden Schicht in etablierten Speichern wie statischen (SRAM) und dynamischen Direktzugriffsspeichern (DRAM) sowie Flash-Speichern. Eine Reduzierung der Strukturgröße wurde bisher als eine Art grundlegende Möglichkeit angesehen, auf recht einfachem Weg immer größere Datenspeicherung, einem immer weiter reduzierten Energieverbrauch und niedrigere Herstellungskosten zu erzielen. Darüber hinaus stellen neue Anwendungen wie Bilderkennung oder autonomes Fahren eine Herausforderung für die klassische Computerarchitektur dar. Diese Herausforderungen sind die treibende Kraft für die Entwicklung neuer Technologien wie neuartige Speicher (emerging memories) in der Form von phasenwechselbasierten resistiven, redoxbasierten resistiven und ferroelektrischen Speichern. Diese Speichertypen speichern Informationen basierend auf anderen physikalischen Konzepten als die etablierten, meist direkt ladungsbasierten Technologien. In sogenannten memristiven Systemen oder auch Memristoren hängt der gespeicherte Zustand der Speicherzelle, welcher durch elektrische Stimuli geändert werden kann von der Historie des Speichermaterials ab. Während der Widerstand in Phasenwechselspeichern auf dem reversiblen Übergang eines Phasenwechselmaterials (wie z.B. Ge2Sb2Te5) von einem amorphen in einen kristallinen Zustand beruht, ist der Widerstand in (filamentbasierten) redoxbasierten Systemen von der Migration von Anionen bzw. Kationen und der Bildung/Kontrolle eines leitfähigen Filaments in einer dünnen dielektrischen Schicht (wie z.B. HfO2) abhängig. Dadurch lassen sich mindestens zwei unterscheidbare Speicherzustände erreichen, die durch einen wiederholbaren Umschaltvorgang zugänglich sind. Bei ferroelektrischen Speichern basiert die Datenspeicherung auf der Steuerung der elektrischen Polarisation eines ferroelektrischen Materials (z.B. dotiertes HfO2). Diese Speicher werden derzeit aufgrund ihrer guten Skalierbarkeit, Nichtflüchtigkeit und ihres schnellen sowie energieeffizienten Betriebs als vielversprechende Kandidaten gehandelt, welche etablierte Speicherkonzepte ersetzen oder ergänzen könnten. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass diese Speicherklassen z.B. interessante synaptische Eigenschaften aufweisen, welche für neuromorphe Anwendungen und zukünftige künstliche Intelligenz verwendet werden könnten. Da das Informationsspeicherprinzip dieser neuen Speichertypen nicht direkt auf Ladungen basiert, sind sie außerdem vielversprechende Kandidaten für die Nutzung als strahlungsresistente Speicher. Dies könnten Anwendung in strahlungsintensiven Umgebungen wie im Bereich der Luft- und Raumfahrt finden. Generell sind alle Arten ionisierender Strahlung natürlichen oder künstlichen Ursprungs eine Gefahr für die Mikroelektronik, da sie die Funktionalität von elektrischen Bauteilen beeinträchtigen können. Einen Extremfall stellen hierbei hochenergetische Schwerionen dar, welche sich durch ein hohes Ionisationspotential und hohe Eindringtiefen in Materie auszeichnen. So wurde zum Beispiel von induzierten Defekten und Phasenübergängen in HfO2 berichtet, was die Funktionsfähigkeit der neuartigen Speicher negativ beeinflussen könnte. Aktuell stecken alle neuen Speichertechnologien noch in den Kinderschuhen und sind noch nicht vollständig konkurrenzfähig mit etablierten Technologien, insbesondere in Bezug auf ein detailliertes Verständnis der Funktionsweise der neuartigen Speicher, der Herstellung in komplementären Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS)-kompatiblen Prozessen und der Herstellungskosten. Um jedoch das volle Potenzial der neuartigen Speicher zu enthüllen und diese für verschiedene Anwendungen nutzbar zu machen, ist ein tieferes Verständnis der Materialeigenschaften sowie der grundlegenden physikalischen Schaltprozesse erforderlich. Dazu gehört auch ein besseres Verständnis der strahlungsinduzierten Phasenübergänge in den Materialien und der damit zusammenhängenden elektrischen Eigenschaften der neuartigen Speicher. Diesbezüglich muss die Forschung noch weiter vorangetrieben werden. In dieser Arbeit wurden deshalb unterschiedliche Einflüsse auf das Schaltverhalten verschiedener neuartiger Speichertechnologien, insbesondere HfO2-basierter resistiver und ferroelektrischer Speicher sowie Germanium-Antimon-Tellur (Ge-Sb-Te)-basierter Phasenwechselspeichern untersucht. Dabei wurden diese neuartigen Speicher auch mit Schwerionen bestrahlt, um den Einfluss der ionisierenden Strahlung auf das Material- und Schaltverhalten zu untersuchen. Für Studien an unbestrahlten HfO2-basierten Bauteilen wurden spezifische Modellsysteme hergestellt, die aus einzelnen Metall-Isolator-Metall (MIM)-Kondensatorstapeln bestehen. Dazu gehört auch das Dotieren von HfO2 Filmen mit Zr, um Hf0.5Zr0.5O2-basierte ferroelektrische Stapel zu erzielen, die einen der vielversprechendsten Kandidaten für ferroelektrische Speicheranwendungen darstellen. Weitere Studien wurden entwickelt, um den Einfluss der Zr-Dotierung, der Wahl des Elektrodenmaterials sowie der Oxidschichtdicke auf das Schaltverhalten von HfO2-basierten Zellen zu untersuchen (Pt/Hf0.5Zr0.5O2/Pt, Pt/HfO2/Pt and Cu/HfO2/Pt). Zur Herstellung Zr-dotierter Schichten wurde eine Wachstumsroutine erfolgreich etabliert, bei dem eine simultane Verdampfung von Hf und Zr in einem Molekularstrahlepitaxiesystem genutzt wurde, was die präzise Kontrolle der Filmzusammensetzung erlaubt. Die Studien zum resistiven Schalten haben keinen signifikanten Einfluss der Zr-Dotierung auf das Schaltverhalten der Memristoren gezeigt. Weiterhin wurde in Versuchen an Pt/HfO2/Pt und Cu/HfO2/Pt Zellen gezeigt, dass die resistiven Schaltprozesse eine starke Abhängigkeit von der Wahl des Elektrodenmaterials sowie der Schaltarten haben und dass diese den dominierenden Schaltmechanismus direkt beeinflussen. Während das Schalten in Pt/HfO2/Pt Zellen von einem thermochemischen Mechanismus dominiert wird, basiert das resistive Schalten in Cu/HfO2/Pt Bauteilen, welches die besten Schalteigenschaften aufwies, hauptsächlich auf einem elektrochemischen Mechanismus. Da eine zusätzliche Reduzierung der Dicke in elektrischen Bauteilen von großem Interesse ist, erweist sich eine Untersuchung der damit verbundenen Einflüsse auf die Schalteigenschaften als unerlässlich. In einer speziell angelegten Studie wurde festgestellt, dass der Schaltmechanismus in Cu/HfO2/Pt Speicherzellen unter bipolarem Widerstandsschalten von der Oxidschichtdicke abhängt. Zur Erklärung dieses Verhaltens wurde ein qualitatives Modell basierend auf einem von Joulescher Wärme unterstützten elektrochemischen Mechanismus entwickelt. Um den Einfluss ionisierender Strahlung auf verschiedene Speichermaterialien zu untersuchen, wurden HfO2- und Ge-Sb-Te-basierten Filme mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und Kristallinitäten bzw. Kristallstrukturen hochenergetischen Au-Ionen ausgesetzt. Diese Studien wurden in enger Zusammenarbeit mit Projektpartnern von CEA-Leti und LTM CNRS (Grenoble, Frankreich) sowie vom Fraunhofer IPMS CNT (Dresden, Deutschland) durchgeführt. Die Bestrahlungsexperimente wurden am Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung (Darmstadt, Deutschland) durchgeführt. Dies geschah in enger Kooperation mit der Materialforschungsgruppe von Prof. Dr. C. Trautmann. Durch die Kombination verschiedener Charakterisierungsmethoden wie Röntgenbeugung, Röntgenphotoelektronenspektroskopie und verschiedener Methoden der Rastertransmissionselektronenmikroskopie, konnte ein verbessertes Verständnis der grundlegenden Mechanismen der auftretenden Phasenübergänge erzielt werden. Unterstützt wurde dies durch den direkten Vergleich von bestrahlten mit defizitär gewachsenen (unbestrahlten) HfO2-x-Filmen unterschiedlicher Stöchiometrie und kristallinen Struktur. Diese Filme wurden unter Verwendung einer reaktiven Molekularstrahl-Epitaxie-Anlage gewachsen, welche die präzise Steuerung des Sauerstoffgehalts ermöglicht. In monoklinen HfO2-Filmen wurde ein Phasenübergang (von kristallin zu kristallin) basierend auf induzierten Sauerstoffvakanzen zu einer rhomboedrischen Phase von Hafniumoxid gefunden. Es wurde festgestellt, dass dieser Phasenübergang von einer deutlichen Kornfragmentierung bei hohen Fluenzen begleitet wird. In diesem Zusammenhang wurde in Zusammenarbeit mit der Elektronenmikroskopie-Forschungsgruppe von Prof. Dr. L. Molina-Luna eine spezielle Routine zu Verarbeitung und Analyse (pattern matching) zur Analyse eines aufgenommenen, komplexen Rasterpräzessionselektronenbeugungs-Datensatzes entwickelt. Dies erlaubte die Untersuchung des Phasenübergangs mit hoher räumlicher Auflösung. Die Bestrahlung von Zr- und Si-dotiertem ferroelektrischem HfO2 sowie in Ge2Sb2Te5 (GST) und Ge-reichen GST (GGST)-Phasenwechselschichten zeigten ähnliche strahlungsinduzierte Phasenübergänge. Während in ferroelektrischen HfO2-basierten Schichten der aufgezeigte Übergang von einer polaren zu einer unpolaren Phase stattfand, konnten unterschiedliche Phasenübergänge, die in Ge-Sb-Te-basierten Schichten gefunden wurden, mit strahlinduzierten Brüchen der chemischen Bindung sowie deren Bildung in Zusammenhang gebracht werden. Die strukturellen Untersuchungen haben gezeigt, dass bei allen getesteten Speichermaterialien die Bestrahlungseffekte stark von der anfänglichen Kristallinität bzw. Kristallstruktur, der Zusammensetzung und der Mikrostruktur der Schichten abhängen. Darüber hinaus konnten die auftretenden Phasenübergänge direkt mit den Ergebnissen aus elektrischen Messungen an Speicherbauteilen in Verbindung gebracht werden. Bei der Untersuchung der Oxid- sowie Phasenwechselmaterial-basierten Direktzugriffsspeicher (OxRAM und PCRAM) wurde festgestellt, dass strahlinduzierte Effekte auf die Zugriffstransistoren der 1T1R-Arrays den Ausfallmechanismus bei Fluenzen über 5×1010 Ionen/cm² dominieren, wobei sich die neuartigen Speicherzellen als sehr strahlungshart herausgestellt haben, solange keine Phasenübergänge in den Schichten auftreten. In ferroelektrischen Kondensatoren konnte der induzierte Phasenübergang von einer polaren zu einer unpolaren Phase sogar durch Zyklieren des elektrischen Feldes umgekehrt werden. Somit erwiesen sich alle getesteten Speichertypen als äußerst strahlungsresistent. Es wurde gezeigt, dass eine Kombination verschiedener Charakterisierungsmethoden zur Untersuchung der Kristallstruktur und Materialzusammensetzung mit elektrischen Untersuchungen an Bauteilen erforderlich ist, um ein umfassendes Verständnis der auftretenden Änderungen zu erzielen. Dies kann auch als Richtlinie für die Charakterisierung und Interpretation komplexer strahlungsinduzierter Effekte in neuartigen nichtflüchtigen Speichern empfohlen werden. Insgesamt liefert diese Arbeit ein verbessertes Verständnis der resistiven Schaltphänomene und der grundlegenden Mechanismen von Bestrahlungseffekten in den getesteten HfO2- und Ge Sb Te-basierten neuartigen Speichertypen. Dies ist wichtig, da diese Speichertechnologien vielversprechende Kandidaten für zukünftige Speicheranwendungen sind, die bestehende Speichertechnologien ersetzen oder ergänzen können. In diesem Zusammenhang liefert diese Arbeit nützliches Wissen für die Entwicklung neuer Strategien zur Herstellung und Charakterisierung neuartiger Speicher.