近年来,随着各种智能电子设备,物联网以及人工智能的发展,非易失性存储器市场不断扩大。基于电荷存储的闪存是非易失性存储器市场三十多年的主流产品。但是,这种器件的缺点非常明显,例如编程速度慢(>10μs),耐久性差(<10~6个周期)和工作电压偏高(>10 V)。而且,由于微缩化会带来不可忽略的寄生效应,使存储器的可靠性大幅度降低。随着工艺节点进入1Xnm,闪存也将达到物理极限,同时也很难满足神经网络计算、存算一体等新兴AI芯片的需求。因此,迫切需要开发新型非易失性存储器。基于电阻转换存储概念的阻变存储器(RRAM)由于其特别简单的“三明治”结构、存储速度快、可微缩化潜力大、易于实现多值存储、耐久和保持特性良好,以及与当前传统CMOS工艺的高兼容性,被认为是最有前途的下一代非易失性存储器。经过研究人员的深入研究,RRAM的发展迅猛,逐步从实验室阶段向产业化迈进,也成为下一代非易失性存储器的有力候选者。阻变存储器的产业化也在逐步推进。本文基于0.13μm和40nm标准CMOS工艺,选择氧化钽、氧化铪作为阻变材料,分别对其在嵌入式存储应用和存算一体应用两个方面进行研究。由于目前国内外基于SOI RRAM的研究都还停留在仿真阶段,对基于SOI RRAM的嵌入式存储器在抗辐照应用的研究很匮乏,所以我们研究了0.13μm工艺下SOI RRAM器件的可靠性和抗辐照特性。结果表明器件的保持特性和耐久性良好,并且有优秀的抗辐照特性,为高等级抗辐照芯片开发提供自主可控的嵌入式存储解决方案。研究了40nm工艺下,单器件的基本电学特性,多值存储特性,线性度调制等突触器件的特性以及256k存储阵列中的阻态稳定性和读干扰特性进行研究,首次提出该阵列可以实现存算一体并且可以作为AI芯片的存储阵列。