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忆阻器由于其独特的性能在非易失存储器和人工神经网络中有着巨大的应用潜力，而硅基忆阻器因与CMOS工艺技术十分兼容，最有可能被商业化应用。基于硅波导的光读取忆阻器在兼顾传统电读取忆阻器优点的同时，具备光调制器件的优势。本文以实现硅基忆阻器的光读取功能为目标，从忆阻薄膜材料的光学和电学性能入手，研究了不同O含量的非晶氧化硅（a-SiOx）薄膜的微观结构和光学性能；研究了不同Ag含量的掺银非晶硅（a-Si:Ag）薄膜和掺银非晶氧化硅（a-SiOx:Ag）薄膜的微观结构、光学和电学性能。制备出了Ag/a-Si/p++-Si和Ag/a-SiOx/p++-Si两种结构的忆阻器，成功实现了器件的电学开关功能；制备出了Ag/a-Si:Ag/a-Si/p++-Si和Ag/a-SiOx:Ag/a-SiOx/p++-Si两种结构的忆阻器，成功实现了神经突触器件的部分功能。利用仿真软件对基于硅波导的光读取忆阻器进行了结构优化设计，并从仿真的角度实现了忆阻器的光读取功能；基于仿真结果，优化设计出了硅波导芯片的流片加工方案，并通过实测初步验证了硅波导的通光情况。本文的主要研究成果如下： （1）利用激光拉曼光谱、傅里叶变化红外光谱、光纤光谱分析、椭圆光谱分析和共面电极法等手段，系统研究了不同O含量对a-SiOx薄膜微观结构光学性能的影响，以及不同Ag含量对a-Si:Ag薄膜和a-SiOx:Ag薄膜微观结构、光学和电学性能的影响； （2）基于a-Si和a-SiOx两种薄膜，成功制备了基于Ag/a-Si/p++-Si和Ag/a-SiOx/p++-Si两种结构的忆阻开关器件，通过研究发现，当器件的介质层薄膜厚度为100nm时较利于忆阻器“开关”功能的实现，当器件尺寸较小时忆阻器的稳定性较好； （3）制备了基于Ag/a-Si:Ag/a-Si/p++-Si和Ag/a-SiOx:Ag/a-SiOx/p++-Si两种结构的忆阻神经突触器件，实现了神经突触的非线性传输行为，模拟了神经突触的双脉冲易化效应，验证了神经突触器件的长期可塑性和短期可塑性，模拟了神经突触的“学习-遗忘-再学习”行为； （4）对硅波导结构进行优化设计，对波导耦合忆阻器的结构参数进行优化，并通过仿真软件实现基于波导的光读取忆阻器的“光开关”和“光突触”功能；设计了硅波导的加工方案并通过光纤与波导耦合验证了波导通光情况。