集成电路的发展离不开存储器性能的提高。如何制造出低成本、高密度、高速度的存储器成为当前研究的核心问题。使存储器件小型化是解决这些问题的一个有效手段。为了解决当今主流存储器闪存(flash memory)在特征尺寸减小时,遇到的小尺寸效应和物理极限问题,人们开发了具有诸多优点的阻变存储器(RRAM)。阻变存储器速度快、尺寸缩小性好、成本低、工艺简单且兼容性强。由于许多有机和无机的材料都有阻变特性,因而选择颇多,发展空间较大。阻变存储器不但有望代替闪存成为下一代的主流存储器,而且可以作为某些特殊应用,比如低成本器件,柔性电子器件。　　 但是,目前阻变机制尚不明确,如何利用机制研究来进一步优化器件性能也是研究的重点。其在低成本应用方面,需要寻找到工艺简单而又具有高稳定性的材料。针对以上问题,本文对阻变存储器做了较为系统的实验和机制研究:首先研究了基于钛氧酞菁(TiOPc)薄膜的适用于低成本和柔性电子系统的新型有机阻变存储器；其次研究了基于氧化钽材料的适于高性能应用的新型二元氧化物阻变存储器。　　 本文首次提出并制备了一种具有较高热稳定性和较好保持特性的有机阻变存储器,显著地改善了有机存储器稳定性较差的问题。该存储器的有机材料是钛氧酞菁薄膜。实验测试表明,器件在525K加热1小时后仍具有阻变特性,Ⅰ-Ⅴ曲线形状无明显改变,表现出较高的热稳定性。在室温1V应力4小时下,器件的高低阻态都没有明显的退化,保持特性较好。　　 通过对钛氧酞菁阻变存储器的实验表征,研究了器件的主要阻变机制,结果表明器件的阻变特性与电极和有机薄膜界面化学反应有关。电流的传导机制是基于受陷阱影响的空间限制电流效应。　　 此外,本文制备了一种可用于多值存储的高性能氧化钽阻变存储器。首先讨论了基于氧化钽(TaOx)的阻变存储器的制备和关键工艺(刻蚀工艺)的优化,我们特别设计了氧含量渐变的TaOx薄膜结构,制备了两种不同电极的器件。器件的电学特性表明:Pt/TaOx/Pt器件表现为单极特性,而TiN/TaOx/Pt器件表现为双极特性。然后研究了器件的循环和保持特性,结果表明器件在几百次的循环情况下没有明显的退化,高低阻态没有交叠,分布比较一致；器件在常温0.5V应力下10000秒内可以很好的保持信息,表明器件具有较高可靠性。　　 根据氧化钽阻变存储器的电学表征,深入研究了该阻变存储器的存储特性和阻变机制。通过高阻态和低阻态的电阻值随器件面积的变化,低阻态阻值随不同限流值的变化,证实了器件的主要阻变机制为氧空位的导电细丝机制。结合TEM中的EDX成分分析和电学特性的进一步分析还表明此机制还与氧含量渐变层以及电极材料有关。根据其阻变机制,提出了利用Reset过程中不同的擦除电压来实现多值存储的方法,并进行了实验验证。　　 通过以上研究,本文对于阻变存储器机制研究和提高器件性能具有指导意义。