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人工智能,自动驾驶和语音识别等新兴智能领域的发展,极大地促进了信息存储技术的更新,同时也对存储密度和存储器速度提出了更高的要求。传统的浮栅flash型存储器因受物理尺寸极限的影响,其存储密度很难进一步提升,因此急需寻找下一代非易失性存储器。而在各种新型非易失性存储技术中,阻变存储器（Resistive Random Access Memory,RRAM）因其结构简单,寿命长,转变速度快,保持时间长等优点而备受科研人员的关注。在众多的阻变材料体系中,过渡金属氧化物（如氧化铪HfO2）因其绝缘性好,稳定性高等优点被广泛地应用于器件制作,并显示出优异的阻变性能。但对基于空位细丝机制工作的HfO2基RRAM,人们对细丝形成和演化的机制还缺乏深度认识,因而未能从细丝角度对电学操作中出现的各种现象给予全面解释。本论文工作以加深对空位细丝形成的理解为目的,结合原子力显微技术对不同电学行为下的空位细丝进行了观察和分析。具体开展了如下工作:（1）构筑了Pt/HfO2/W结构阻变器件,获取了其在不同限制电流和扫描截止电压下的电阻态信息,并对多个电阻态做了保持时间测试,证实了其具有良好的非易失特性。此外,该结构器件在脉冲测试中表现出了快的电阻转变速度和长的循环寿命,说明了其具有良好的开关特性和循环耐受性,为后续空位细丝的观测和研究奠定了基础。（2）设计了可去除电极的Au/HfO2/W结构阻变器件,利用导电原子力显微镜（Conductive Atomic Force Microscopy,CAFM）观测了Au电极下面导电的树枝状结构。与前人报道的导电通道不同,这里的树枝状结构虽具有一定的导电性,但并非全部参与阻变。分析认为,树枝状结构中局部高电导区域主导了阻变,这一结论可从低、高电阻态的细丝观测结果中得到验证。（3）针对阻变器件在激活（Forming）过程中需要大的Forming电压（VF）这一现象,对大VF的成因及其对器件的影响展开了探究。在对Au/HfO2界面进行紫外臭氧处理的实验中,排除了电极生长过程中有机杂质在界面残留导致VF变大的可能。通过对激活失败（Forming failure）下的薄膜材料进行观察与分析,认为大的VF可产生大量的焦耳热并能加快氧离子的还原,当还原过程中生成的大量氧气冲破HfO2和Au电极薄膜时,弹坑结构出现,器件无法被激活。如果电学操作中产生的氧气在多次循环后冲破电极,则对应于关闭失败（Reset failure）现象,此时氧离子大量缺失,空位细丝无法被复合,器件一直处于低阻态。