半导体存储器是信息处理和存储的核心部件,其市场份额在整个集成电路产业占据较大的比重,是信息技术产业的重要组成部分。然而,传统的半导体存储器难以向更小尺寸微缩化的方向发展。阻变存储器（resistive random access memory,RRAM）被认为是很有潜力的一种新型半导体存储器。其具有微缩能力强,与现有半导体工艺兼容性好,结构简单的优点,在近几年中受到了广泛的关注。由于其结构简单,RRAM的集成结构可以采用理论上集成度最高为4F²的十字交叉阵列结构。但是十字交叉阵列结构存在串扰电流问题,会导致器件发生信息误读。因此,串联一个具有高非线性的选通器形成1S1R（one selector one resistor）可以避免串扰带来的误读,所以基于选通器器件的研究已经受到了广泛的关注。选通器主要分为相变和隧穿两种机理,隧穿可以细分为电子和肖特基隧穿。选通器不仅拥有不同的机理,也拥有不同的结构,比如MIM、MSI、NPN、NIPIN和MIEC结构。这些不同的机理和不同的结构都造成了选通器不同的电学特性,选通器中最关键的两个参数分别是阈值电压(V_th)和非线性。本文研究的选通器是基于相变机理的,分别与单极性和双极性RRAM串联来降低漏电流避免交叉阵列中的串扰。本文主要使用有限元仿真软件COMSOL来对选通器进行模拟,设计了基于相变机理的选通器与RRAM进行串联。首先,对相变选通器IMT（Insulator-Metal-Transition）物理模型的电导率、热导率和热熔进行拟合,使仿真结果更精确。其次,对比了VO2选通器和NbO2选通器的电学特性,由于后者拥有低V_th和低关态电流(I_off),选取NbO2作为IMT选通器的材料。之后,分别研究了NbO2选通器导电细丝的厚度（L）和半径（r）对选通器电学特性的影响。研究发现随着L的增大,虽然V_th在增大,但是I_off在降低。然而,r的趋势正好与L相反。最后使用不同尺寸的选通器和双极性TiO2 RRAM进行串联,研究发现当NbO2选通器导电细丝的L和r分别为25和7nm时更能和RRAM匹配,而且最终的1S1R结构适合高密度存储。NbO2选通器是双向阈值选通器,不仅能和双极性RRAM进行串联,还能和单极性RRAM串联。单极性RRAM采用的是一种基于物理的金属氧化物复位（reset）模型,该模型的reset过程通过焦耳加热和热活化缺陷扩散来模拟的。研究了单极性NiO RRAM在reset过程中的导电细丝温度,电势和缺陷浓度的分布。与双极性RRAM相似,用不同尺寸的选通器与单极性RRAM进行串联,当NbO2选通器导电细丝的L和r分别为35和12nm时更能和NiO RRAM匹配,而且极大地提升了集成度。综上所述,双极性TiO2 RRAM的NbO2选通器导电细丝的L和r的最佳设计是25和7nm,而单极性NiO RRAM的NbO2选通器导电细丝的的L和r最佳设计尺寸是35和12nm。