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随着电子科学技术的发展,传统的Flash存储器面临物理尺寸缩小极限,为了满足未来高密度数据储存的需要,目前众多下一代新型非易失性存储器相继被提出。其中,阻变存储器（RRAM）因其具有结构简单、功耗低、集成密度高等优点,被认为是下一代最具有应用前景的非易失性存储器。RRAM通常是将存储材料夹在两个电极之间构成三明治结构,利用存储材料微观结构变化来实现电阻切换。虽然阻变物理机制尚未定论,但普遍认为金属阳离子电化学反应和氧缺陷迁移所致的导电通道通断是产生阻变现象的物理根源。然而,从导电通道逐渐形成,直至贯穿整个阻变层过程中,其位置、形貌和尺寸等都存在较大随机性,导致出现一系列可靠性问题,例如低功耗信息的保持性和参数的波动性等。因此,为了解决以上可靠性问题,实现导电通道可控调节成为了该领域的核心课题。本论文从存储单元现存的核心问题出发,以氧化石墨烯（GO）与氧化铪(HfO2-x)基氧缺陷型阻变器件为研究对象,利用碳量子点所特有的表面特性、光电特性及尺寸特性,对其性能调控及机制等方面开展了一系列研究工作,并拓展了RRAM在多功能化器件方面的应用。主要研究内容如下:1.利用碳量子点的表面特性,调控GO材料中氧官能团迁移势垒,以改善小尺寸导电通道的保持特性。（1）首先,探讨了GO基RRAM器件在小尺寸导电通道下阻变过程出易失性现象的主要原因,得出了器件保持时间与导电通道尺寸存在特定依赖关系的结论;（2）利用碳量子点的表面特性,探究了氧官能团迁移势垒大小对器件低阻态保持性能的影响;（3）优化了GO薄膜中氧官能团迁移势垒大小,免除了器件阻变过程出现的易失性现象,从而改善了存储单元低阻态的保持特性,展现了高度的可靠性。2.利用碳量子点的光电特性,调控GO内部sp2团簇尺寸,局域化电场,以提升GO基RRAM器件阻变均一性。本部分工作基于氮掺杂碳量子点的光电特性,利用紫外光技术手段调控GO薄膜内部sp2团簇尺寸,探究了对其阻变性能的影响。通过有效控制紫外光照射时间,优化了GO薄膜内部sp2尺寸的大小,有效控制导电通道的形成位置,提高了阻变参数的均一性。XPS和Raman表征手段表明了紫外光调控GO薄膜内部sp2团簇尺寸大小的可行性。此外,利用GO材料具有低温可加工性和高机械韧性,实现了柔性可转移的RRAM器件。因此,这种合理的光还原处理方式为实现全碳基柔性RRAM的应用提供了一种有效的技术手段。3.利用碳量子点的尺寸特性,调控HfO2-x界面构建导电尖端,增强局域电场,以提升HfO2-x基RRAM器件可靠性。本部分工作利用电还原的碳量子点具有高度的导电性,类似于金属纳米颗粒,针对HfO2-x薄膜表面进行微调控,构筑了导电尖端,增强了局域化电场,有效控制导电通道形成位置,提升阻变均一性。并通过改变导电通道尺寸,实现了高度可靠的多级存储特性。基于此,我们通过将p-GaN/n-ZnO异质结与多级RRAM集成,开发了光强度可逆调制的LED器件。此外,本部分工作也开辟了其他功能电子器件与RRAM器件集成的新方法。