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近年来，作为第四类无源电路基础器件的忆阻器赢得了社会各界的广泛关注。忆阻器因其拥有着独特非线性特性、低功耗、结构简明易集成以及电阻记忆特性，在各领域研究人员眼中已经成为未来智能计算机的理想原件，它具备的信息处理与存储同步化的特点也将是人类突破冯·诺依曼瓶颈的关键。目前已有大量的氧化物(TiO2、WOx和HfO2等)被用于构造忆阻器件，并进行神经突触模拟以及神经网络构建。氧化钒作为一种过渡金属氧化物，一直受到广泛关注。其中，M相二氧化钒(VO2)的电致相变使其在智能窗、光电开关和光存储方面具有很大的应用潜力，但其相变机理一直存在很大的争议。同时，非晶氧化钒(VOx)作为变价金属氧化物，其电学特性对外场具有显著的依赖性，这意味着VOx可能是优良的忆阻材料。 本论文通过调节VO2与环境之间的热交换，深入研究了电驱动晶化VO2相变中焦耳热的重要地位；并控制溅射过程中的氧通量，制备了双层VOx忆阻器件，进行神经突触的生物活动模拟研究，获得的主要结果如下： （1）在石英与硅两种导热系数不同的衬底上制备晶化VO2薄膜后，在制冷条件下进行电驱动相变时发现，相变电压要高于未制冷条件下的相变电压。石英基底VO2薄膜的相变电压从45V增加到了81.7V，而Si/SiO2基底VO2薄膜在未制冷条件下，相变电压为56.1V，但制冷后在106V电压下仍无相变发生。这归因于硅具有更高的导热系数，制冷条件可以更好地导走加电时产生的焦耳热，有力地证明了晶化VO2电驱动相变中焦耳热的重要作用。 （2）采用双层非晶VOx结构进行了神经突触的生物活动模拟。双层非晶VOx在直流扫描测试中电阻变化稳定，并且在对长时程增强/抑制效应（LTP/LTD）、双脉冲易化现象（PPF）、脉冲时间依赖可塑性（STDP）的模拟中获得的电学结果与生物神经活动相吻合，并且性能稳定可重复性高。 （3）对双层非晶VOx忆阻器的遗忘特性的研究中，证明了其遗忘特性与反复学习现象与人类遗忘活动相吻合，并提出了辅助遗忘脉冲法对双层非晶VOx忆阻器的遗忘过程进行调制，有效地改变了遗忘曲线的弛豫时间和记忆保留百分比。