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本论文由两部分组成,以第一部分为主体内容。第一部分可逆电双稳薄膜器件的研究为克服传统硅集成电路发展面临的极限尺寸效应并满足电子产品庞大的消费需求,开发结构简单的“电极/功能层/电极”夹层薄膜可逆电双稳存储器成为科学界研究的重要课题。从功能层材料划分,可将电双稳器件分为无机和有机两种器件。无机器件具有存储性能稳定的优点,但其复杂的制备工艺和较高的制造成本限制了无机器件的推广和应用。而到目前为止,对无机器件的研究集中于对已开发材料器件的性能和机理研究,较少从简化薄膜的制备工艺出发进行新材料和器件的探索。研发能用简单工艺制备、具有稳定存储性能的新型无机可逆电双稳薄膜将对简化器件制备、降低成本、实现无机电双稳存储器的商品化具有重要的意义。另一方面,有机薄膜存储器具有制备方法简单、成本低、可折叠、质量轻等优点,并能实现多重态电存储功能,所以对新型有机薄膜电存储器的开发也是电子器件领域研究的重点。本文中,我们开发出一种基于界面化学反应制备无机电存储薄膜的方法,实现了无机功能薄膜的简单制备,并获得了两种性能稳定的新型无机可逆电双稳薄膜器件。首先通过简单的真空热蒸镀法利用金属与无机前驱物的固-固界面反应制备无机薄膜,研究发现以该无机复合薄膜为介质层的夹层器件具有较稳定的可逆电双稳特性;在此基础上,使用更简单的水溶液浸泡方法,利用金属、无机物间的固-液界面反应制备无机薄膜,获得了性能更优、能反复擦写上千次而保持状态稳定、具有较好应用潜力的无机电存储器件。我们采用多种表征手段对所获得的无机薄膜进行分析,并提出了形成无机功能薄膜的反应机制;重点研究了薄膜器件的开关机理和电存储性能。此外,我们研究了基于MC分子的有机薄膜器件的开关及电存储特性,重点分析包括电极以及有机层厚度等工艺参数对器件性能的影响。本部分的具体内容可概括为:1、通过真空热蒸镀法,利用Ag与KSCN的固-固界面反应在Ag薄膜上原位生长AgK2（SCN）3复合薄膜,实现了无机可逆电双稳薄膜的简单制备。利用可见光谱、拉曼光谱、X-射线多晶衍射谱,X-射线光电子能谱等表征手段对薄膜进行分析,并提出了Ag/KSCN界面反应形成AgK2（SCN）3复合薄膜的机制,即:KSCN水解生成HSCN,HSCN进一步与界面的Ag2O反应形成AgK2（SCN）3复合薄膜。2、研究发现,基于AgK2（SCN）3复合薄膜的夹层器件具有双极性可逆电双稳特性,能实现连续的“写-读-擦-读”操作,高低电阻比高达百万倍,并具有良好的稳定性。通过电流曲线拟合以及不同电极组合的器件的研究,确定器件开关是基于导电通道的形成-断裂模式,我们还认为导电通道的断裂是焦耳热和电离共同作用的结果。3、采用简单的水溶液浸泡方法,利用铜薄膜与硫氰酸盐溶液的固-液界面反应在铜薄膜上原位制备CuSCN薄膜。用拉曼谱,XRD等表征手段对CuSCN薄膜进行分析,并发现硫氰酸盐溶液种类及溶液浓度等因素对CuSCN薄膜生长有影响;同时利用SEM观察发现,CuSCN薄膜遵循岛状模式生长。4、研究发现基于水溶液浸泡法制备的CuSCN薄膜器件具有稳定的双极性可逆电双稳特性,而该器件的“电老化”预处理过程具有改善薄膜微组分和结构、形成局域铜离子扩散通道的作用,对稳定器件性能具有重要意义。器件在未经封装处理的条件下能实现连续3000多次“写-读-擦-读”操作,高、低电阻态电阻分布具有较好的一致性且状态比大于100;同时器件还显示了良好的非易失性和热稳定性,具有较好的应用前景。我们用局域导电通道形成-断裂机制解释了器件的电致开关特性及连续写-读-擦-读过程中较好的电阻分布一致性。5、利用真空热蒸镀法制备了基于MC分子的夹层结构器件,其中的MC是三聚腈胺氰尿酸。研究发现以Ag为顶电极的Ag/MC/Al器件具备多重态电存储特性。通过开关曲线拟合、不同电极组合器件的比较、光谱分析、以及不同有机层厚度器件的比较,发现该器件的多重态电存储特性与蒸镀顶电极银有关,并研究了器件的开关机理。第二部分基于“动态”模式分子整流器的研究分子整流器是实现分子电子线路的基本元件,是分子电子学领域的重要课题。虽然近年来对有机分子整流研究取得了一定的进展,但现有的基于D-σ-A模型的分子整流器整流比小,限制了器件的应用。在实验室前期工作的基础上,我们系统研究了实现分子整流的方法,并在扫描隧道显微镜（STM）条件下进一步验证了一类新型的“动态”分子器件。实验证明这种动态分子器件具有明显的整流效应,并且具有较大的整流比,我们还阐述了分子整流的机理。具体内容可概括为:1、利用分子自组装作用将DT-1分子吸附在STM针尖上,测试发现DT-1分子能实现稳定的整流功能,整流比高达104,并阐述了“动态”分子器件的整流机理,即:带偶极的分子在电场作用下发生摆动,改变了分子末端与基底的距离,引起了隧道电流的变化,从而获得高比值的整流特性。2、比较研究了分子排布的紧密程度以及扫描电压速率等对DT-1分子整流的影响,证明排布较紧密的单分子膜以及速率较快的电压扫描会压制该分子基器件的整流特性,从而进一步验证了“动态”分子整流模式。此外,还采用其他具有相似结构的分子DT-2、DT-3、DT-4和DT-5来构建动态分子器件,并且都获得了稳定的整流效应。