自2008年惠普实验室发现忆阻器以来，忆阻器已经在非易失性信息存储(NVMs)和神经计算（Neuromorphic computing）领域得到了越来越多的关注。忆阻器由于其多阻态变换的能力可以应用为电子突触，有望进一步推动神经计算领域和人工智能技术的发展。当前基于原子层沉积(ALD)和物理气相沉积(PVD)的过渡金属氧化物忆阻器电子突触已经得到了广泛的研究，本文介绍了一种新型制备忆阻器过渡金属氧化物的方法:电化学阳极氧化，并探究其阻变特性及突触可塑性。在忆阻器表征方面，导电原子力显微镜(Conductive atomic force microscopy，CAFM)由于其在纳米尺度表征的优越性已经广泛应用于忆阻器绝缘层材料的物理和电学性质的表征，当前已有研究通过CAFM刻蚀三维表征的方法探究忆阻器的阻变机理，本文进一步通过实验分析了该方法的可行性。本论文主要分为以下两个部分:
　　i)阳极氧化制备氧化态忆阻器电子突触。我们首先应用电化学阳极氧化方法生长过渡金属氧化物薄膜（TiO2-x）制备忆阻器电子突触。研究发现，基于阳极氧化生长的氧化钛忆阻器电子突触(Pt/TiO2-x/Ti)表现出极低的工作电压(低于1V)，稳定的多阻态阻变行为和低于100ns的阻变时间等优点。通过施加不同的限流与电压值大小，该电子突触可以达到不同的阻值状态，并且可以进一步通过施加不同幅度的脉冲精确地控制该电子突触易化/抑制的速率。截面透射电子显微镜发现阳极氧化的电子突触阻变过程是由TiO2-x/Ti界面的电荷交换引起的。该研究成果说明阳极氧化方法是一种廉价及有效的制备忆阻器电子突触的方法。
　　ii)导电原子力显微镜对忆阻器三维表征可靠性的探究。导电原子力显微镜已广泛应用于拥有高电介质常数的绝缘材料的电学表征，导电原子力显微镜通过探针对样品施加轻微的接触力（FC）来获取样品表面的信息。最近，CAFM已被用于通过对样品施加高接触力以刻蚀样品，进而获取薄膜电介质的三维表面和电学性质，值得注意的是这项技术主要被应用于忆阻器阻变媒介及导电纳米细丝的表征。然而，以往的研究并未考虑到CAFM探针在刻蚀过程中对样品施加的高接触力/压力对材料的影响。本研究通过在CAFM刻蚀区域处收集横截面透射电子显微镜图像，发现在探针的刻蚀过程中可以改变薄膜电介质材料的形态（如发生相变，生成缺陷）以及电学性质，而且CAFM针尖在刻蚀的过程中会产生损耗，影响收集到的样品表面信息和电学形态的稳定性。本研究工作有助于更好地理解CAFM三维刻蚀表征的局限性，并将其应用到真正有意义的研究工作中。