随着半导体集成电路产业的飞速发展,传统的SiO2栅介质材料已经无法满足金属半导体场效应晶体管不断微缩的需求。氧化铪基高介电常数材料由于其较大的禁带宽度、良好的热稳定性、较高的结晶温度、良好的界面特性以及与半导体产业兼容等优点,成为了新一代栅介质材料。与此同时,集成电路中的存储技术也面临着诸多挑战。目前广泛应用的硅基浮栅型闪存也在微缩过程中受到了无法有效存储电荷的挑战。阻变式随机存储器(RRAM)因其结构简单、读写速度快、存储密度高且与传统硅集成电路工艺兼容性好等优点,被公认为新一代非易失存储器的最佳候选之一。氧化铪基高介电薄膜作为阻变层材料也是RRAM研究的热点。本文首先对氧化铪基的高介电常数薄膜进行研究。采用磁控溅射的方法制备氧化铪基薄膜,并探讨退火工艺对HfTiO薄膜微观结构和性能的影响。我们发现薄膜在700℃时才达到结晶态。经电学性能测试发现在500℃的退火条件下,薄膜具有最大的的介电常数44.0,最小的漏电流密度1.81×10-7A/cm2;我们认为500℃退火温度下,HfTiO薄膜与Si衬底之间有着最好的界面特性,同时薄膜仍保持在非晶态,由此500℃退火后的薄膜呈现最好的电学特性。在制备获得较好性能氧化铪基薄膜的基础上,我们将其作为阻变层材料应用于阻变存储器的的研制上。我们采用磁控溅射和光刻技术制备了阻变层为钛掺杂氧化铪的阻变存储器件并研究不同退火气氛对RRAM的性能的影响规律。结果表明氮气退火工艺能显著提高ITO/HfTiO/Pt器件的阻变性能。同时,我们结合电流-电压(I-V)拟合机制和光电子能谱(XPS)分析,可以推断出ITO/HfTiO/Pt器件的阻变性能来源于阻变层中的氧空位形成的导电细丝,而氮气退火有利于到导电细丝的形成和断裂,所以能够优化器件的阻变性能。本论文还研究了 2×2平方微米的TiN/HfOs/ITO阻变存储器单元的阻变性能和机理。器件具有优异的阻变性能且在写入操作中呈现“自限流”现象。且器件的操作电压仅0.2 V。基于导电细丝理论,我们分析并证实上述现象是由于ITO活性电极与氧化铪阻变层形成的界面层所造成。该论文通过对高介电常数氧化铪基薄膜及其阻变性能的研究,不仅为高介电薄膜结构及性能优化提供了可靠的实验依据,并且能够成功地将氧化铪基薄膜应用于新一代阻变存储器中,这将对新型存储材料和技术开发具有广泛的应用价值。