随着半导体技术的日益革新,存储器领域也飞速发展。现如今闪存的短板日益显露,需要性能更强大的存储器件才能满足社会的需求。因此新型存储器的出现与发展也变得极为重要。应运而生的新型存储器有铁电存储器(FeRAM)、磁存储器(MRAM)、相变存储器(PRAM)、阻变存储器(RRAM)。其中,阻变存储器因具有读写速度快、功耗低、与传统的CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)工艺兼容性好等特点成为人们关注的重点。二元氧化物氧化钽薄膜因具有具有较好的endurance特性成为阻变存储器发展的重点研究对象之一。本论文主要对基于氧化钽薄膜的阻变存储器进行研究和分析,其中通过在器件中插入一层钛薄膜使器件的性能得到提升。我们通过对氧化钽薄膜的氧分压和厚度,钛层插入的位置以及不同测试条件对器件进行优化,得到性能较好的结构:Ta/Ti(1nm)/Ta Ox/Pt,其中TaO_x的氧分压为5%、厚度是10nm。该结构在测试条件为Vset=2v、Vreset=-2v、Icc=5mA时的性能最优,并且相比于不加钛的结构:Ta/TaO_x/Pt,在endurance以及uniformity等方面的性能均有较大提高。为了分析钛层的作用又对Ta/TaO_x/Pt、Ta/Ti(1nm)/Ta Ox/Pt、Ta/Ti(2nm)/TaO_x/Pt三个样品进行实验分析,发现加钛样品的自限流现象明显且较为稳定,并且随着钛层厚度的增加自限流的电流量降低。证明钛层在Set过程中捕捉氧离子形成氧化钛层并起到串联电阻的作用,在Reset过程中充当氧源,为氧化钽薄膜提供足够的氧离子,完成细丝的断裂。由于钛的夺氧能力比钽强,因此这种功能结构的稳定性好。又对这种储氧层与阻变层的叠加结构建立起相关模型,为后续的氧化钽阻变器件的研究提供理论基础。最后将该模型扩展到氧化钽叠层结构的阻变器件当中,首先对不加钛的叠层结构进行测试,发现样品的性能不佳,为了优化性能将钛层引入该结构,得到了Ta/Ti/TaO2-x/Ta2O5-x/Pt结构,该结构与不加钛样品(Ta/TaO2-x/Ta2O5-x/Pt)比较,在endurance以及uniformity性能上得到显著提高。成功地将模型应用到叠层结构中,验证了模型的实用性。以上通过对氧化钽基阻变存储器的分析,相信会对RRAM的性能优化以及后续产业化的应用提供一定的理论意义。