随着半导体工业突破22 nm向更小的方向推进,传统的硅材料浮栅结构存储器接近理论极限。作为新型非易失存储器之一的阻变存储器(RRAM)具有非易失性和可高速擦写性的特点,集内存和硬盘的优点于一体,并且以其结构简单、可集成度高、功耗小、具备多值存储的潜力,成为当前研究的热点。RRAM具有金属/绝缘层/金属(M/I/M)的简单结构,利用绝缘层中导电通道的形成与断裂存储数据。但当前阻变存储器的应用仍然面临着阻变机制尚不明朗、阻变性能还不可靠的问题。因此,导电通道的形成机理探究和尺寸控制有助于进一步推动RRAM的发展。此外,对于绝缘层阻变材料的选择也是该领域研究的关键课题,目前在金属氧化物、固体电解质、有机物、非晶单质等材料中都发现阻变行为。而碳基材料由于其特殊的电学、力学等性质被认为是最有希望取代硅的材料。因此本论文采用碳基材料中电阻率较大的非晶碳(a-C)作为绝缘层阻变材料,探究其阻变机制,并在阻变性能提升等方面展开工作。具体如下:首先构建了铂/非晶碳/银(Pt/a-C/Ag)的简单MIM结构器件测试其阻变行为,发现其阻变参数不稳定,阻变行为不可靠。为了探究其阻变参数不稳定的主要原因,在实验上引入示波器实时监控器件开启过程中的电流变化。发现该器件阻变参数不稳定的主要原因之一由寄生电容引发的过冲电流导致的阻变存储器件导电通道的过度生长。随后插入银铟锑碲(AIST)合金薄膜材料做缓冲层,制备了Pt/a-C/AIST/Ag结构的器件,经过优化使得阻变器件导电通道更为可控,提升了非晶碳阻变器件的阻变性能。进一步探究其阻变机理,发现AIST缓冲层不光抑制了寄生电容诱发的过冲电流,还有效抑制了导电通道的过量生长。进而得到了较为可靠的非晶碳阻变器件。最后我们针对优化之后的器件进行了抗特殊环境测试,在不同环境下进行阻变行为测试,展示了该器件的抗辐射能力,以扩展非晶碳阻变存储器的应用领域。