当前信息时代,每天涌现出大量的信息数据,这些海量信息的存储及处理需要更高效的计算存储单元。随着电子设备的快速更新,传统信息存储设备已经接近摩尔定律的极限,急需新的替代品来解决这一挑战。面对这一挑战,电阻式随机存储器（RRAM）以其高的存储密度、快速的读写速度、低功耗等优势吸引了众多研究者的关注。但是其运行参数一致性差的问题制约RRAM器件进一步应用,成为目前面临的主要问题之一。同时,阻变存储器具有模拟生物神经行为的优势,但是其权重更新的线性度问题也是其面临的主要问题之一。在本论文工作中,重点通过在器件阻变（RS）层引入碳结构以改善RRAM器件运行电压一致性问题,及其突触器件电阻变化的线性问题。工作分以下三个部分展开:1)利用导电细丝（CF）形成时伴随的局部焦耳热高温,在a-C:HRS层造成氢的释放,产生局域的缺陷通道,从而实现离子在有限缺陷通道内部的传输及CF的形成与断开,进而一定程度上改善器件的电压运行的一致性。对于传统化学气相沉积系统（CVD）沉积的a-C:H薄膜而言,CF形成后伴随的局部焦耳热高温将导致其sp3杂化向sp2杂化的转变,从而降低器件的高阻值,使高阻态无法继续保持。但是本实验沉积的a-C:H薄膜并未表现出该现象,薄膜的进一步表征工作解释了该现象。2)通过在Pt/TiOx/Cu/Ni器件的RS层引入a-C层来改善器件的运行电压一致性问题。实验测试发现,较Pt/TiOx/Cu/Ni器件,引入a-C层的Pt/a-C/TiOx/Cu/Ni器件表现出了更加优异的运行电压一致性,且电阻态保持时间更长。其原因在于,a-C层具有一定的钝化作用,起到抑制离子迁移扩散运输的作用。3)在上一个实验工作的器件基础上,仅仅通过减小测试电压,以上器件均表现出了神经突触可塑性行为。对器件进行直流电压扫描测试发现,均存在正向电压扫描电流增强,负向电压扫描电流抑制的响应,但是引入a-C层的Pt/a-C/TiOx/Cu/Ni器件在每次正向电压扫描之后,突触权重变化一致性更好。之后的电压脉冲测试发现,器件均对电压脉冲有脉冲响应（正向电压脉冲电流增强,负向电压脉冲电流抑制）,而引入a-C层的Pt/a-C/TiOx/Cu/Ni器件在施加正向电压脉冲之后,电阻值变化的线度明显增加。出现上述结果的原因是,a-C层对离子迁移运输的抑制作用,抑制了离子在短时间内的聚集,使器件的阻值更加呈现线性变化。