自从石墨烯被发现以来,二维（2D）材料吸引了人们的广泛兴趣。在基础科学研究和技术应用上,目前正在进行深入的调查研究。单层二硫化钼（MoS₂）是这类材料中的一个比较典型的例子。因为其原子级厚度、优异的电学性能、良好的柔韧性等,可以实现广泛的新技术应用,诸如低功耗器件,柔性/透明器件等。本论文描述了二维材料在存储器件中的一些应用研究,包括基于MoS₂和h-BN异质结构的非易失存储器、基于准二维金属氧化物构成的忆阻器以及短沟道器件。1.我们首先研究了基于二硫化钼的新型浮栅结构非易失存储器。利用干法转移技术,我们实现了氮化硼/二硫化钼/氮化硼异质结构。器件采用了双栅的结构,导电沟道位于双栅之间,由于顶栅（浮栅）和底栅（控制栅）之间的耦合作用,使得我们可以使用较小的工作电压让电子隧穿更厚的介质层。器件的操作电压为5 V的时候,回滞窗口约为3.3 V。当撤去操作电压读取器件状态的时候,电子更难以从浮栅中隧穿出去,这样可以增强器件的数据保持性。在测量的10⁵s的时间内,器件的开关比没有发生明显的变化。同时采用单层二硫化钼作为沟道材料,器件的关态电流在10^-13 A量级,可以降低器件关态功耗。这种新型器件结构为未来存储器的研究提供了一种新的思路。2.基于准二维二氧化镓的忆阻器。本文中我们利用刮擦的方式制备了超薄的准二维金属氧化物（氧化镓）薄膜,薄膜的厚度大约在1 nm到4 nm之间。除此之外,还开发了PC印章技术,利用PC作为牺牲层,可以将薄膜转移到任意的衬底上。利用这种准二维的氧化镓作为中间介质层,石墨烯作为底电极,银作为顶电极构建了忆阻器。基于该薄膜的忆阻器,实现了神经突触的功能仿生,包括短时记忆到长时记忆的转变,激发频率依赖可塑性和激发时间依赖可塑性。3.构建了超短沟道器件。我们利用氢等离子体刻蚀石墨烯晶界并得到的亚10 nm的间隙。当二硫化钼位于石墨烯之上时,以间隙两边的石墨烯作为电极,单层二硫化钼的有效沟道长度由这个间隙控制。器件在沟道10 nm以下时仍有比较好的性能。器件表现出了好的开关特性,开关比约为10⁶,迁移率为30 cm²V^-1S^-1。这说明使用二维材料构建场效应晶体管,能够有效的减少器件的特征长度λ,降低短沟道效应对器件的影响。这为未来使用二维材料实现超短沟道器件提供了一种可能性。