随着大数据、云存储、工业4.0、物联网技术及移动互联网时代的不断发展,半导体存储器是信息技术的重要载体之一。目前广泛采用的闪存技术在微缩过程中面临无法有效存储电荷的瓶颈,各界开始探索开发新的存储材料存储技术。阻变式存储器（RRAM）虽起步较晚,却发展迅速且备受瞩目。论文首先研究了铁酸铋（BiFeO₃）薄膜作为阻变层的RRAM器件。研究发现Pt/BiFeO₃/TiN器件具有典型的双极性阻变特性,其阻变窗口达到10³。通过对不同电极尺寸器件的电流-电压曲线分析,结果表明Pt/BiFeO₃/TiN器件属于氧空位主导的导电细丝机制。根据电流机制拟合分析,发现器件在低阻态时电流机制为欧姆机制,在高阻态时电流机制为肖特基发射机制。由电流机制拟合结果,成功阐明了铁酸铋阻变存储器的阻变机制。论文进一步重点研究了BiFeO₃/HfO₂双层结构阻变层的阻变存储器。研究表明Pt/BiFeO₃/HfO₂/TiN与Pt/HfO₂/TiN器件均具有稳定的双极性阻变特性。Pt/HfO₂/TiN存储窗口约为10²,插入超薄的BiFeO₃薄膜（2 nm）的Pt/BiFeO₃/HfO₂/TiN器件,器件的存储窗口增大至10⁴。通过改变复位过程中的截止电压(V_stop)我们获得了多级存储特性。而且,插入BiFeO₃层后器件的耐久性达到10⁸。结合电流机制拟合分析以及变温测试,结果表明两个器件高阻态时均为肖特基发射机制,低阻态均为欧姆机制。结合光电子能谱分析（XPS）和电学特性分析,我们认为BiFeO₃超薄层具有收集储存氧的作用,将使导电细丝退缩距离增大,导电细丝与TiN电极之间的肖特基势垒变高,因此器件阻变窗口变大。BiFeO₃超薄层作为插入层在RRAM器件中能够增加阻变窗口、提高器件耐久性并获得多级存储特性,这为获得高性能高密度存储器件阵列提供材料和结构支撑。论文还研究了铪掺杂的ITO薄膜作为电极材料的存储器件,与TiN/ZrO₂/ITO器件相比,Hf:ITO电极下的存储器单元仍然具有自限流的特性,器件的功耗大幅降低且存储性能提升。掺杂后器件的阻变窗口从10提升到100,器件的操作功耗降低至800纳瓦。通过材料表征、电学性能测试以及电流拟合,我们探明了铪元素与氧离子的结合形成势垒层是器件功耗降低的主要原因。综上所述,论文以铁酸铋薄膜为主,研究其作为阻变层和阻变层中插入层的RRAM器件特性。论文研究获得了阻变窗口大、耐久性久、阻变参数一致性好的阻变存储器件,并且对存储器阻变机理和优异阻变特性给出深层原因和物理解释。这些关于铁酸铋薄膜在阻变存储器中的应用研究,不仅具有重要的科学意义,而且具有应用价值。