随着市场对高容量、低功耗、具有快速存储能力的存储器需求的增加，非挥发性存储器（Nonvolatile Memory）在半导体工业中得到了广泛的应用。目前市场主流的非挥发存储器Flash Memory随着工艺技术的提高已经接近其物理极限，因此新型非挥发性存储器的开发需求日益增加。其中阻变存储器（ReRAM）由于其高集成密度、快读写速度（纳秒级）、低功耗及易与CMOS工艺相兼容等优点成为下一代存储器的有力竞争者。在最近几十年里，阻变存储器的研究得到了迅猛的发展，然而到目前为止其阻变机理尚不完全清楚。本论文正是在如此的背景下，侧重于阻变机理的分析，提出新的阻变机制。本论文实验样品中电极通过电子束蒸发制备，氧化钛薄膜通过磁控溅射制备。阻变机理的分析一方面通过AES，AFM等表征手段获得材料特性，另一方面通过电学测试安捷伦B1500A建立阻变模型。首先，本论文探讨阻变的发展现状以及相关机理，改善了氧化钛薄膜的制备工艺。从氧分压以及靶基距的角度，改变不同的条件得到相应的Al/TiOx/Cu结构，获得具有多值存储特性的阻变单元。随后从AES等材料表征手段分析材料特性，从电学特性分析阻变机理，在此基础上第一次提出两种导电细丝（铜导电细丝与氧空位导电细丝）共存的阻变模型。在Reset过程中由于铜导电细丝优先断裂，从而获得Reset1，氧空位导电细丝继而断裂获得Reset2。其次，为了改善多值特性，后续实验中优化介质层厚度，获得Forming-free，低功耗和多值存储特性的阻变单元。随后，在之前工作的基础上，用氧化硅层插入到氧化钛和铝上电极之间（即Al/SiO2/TiOx/Cu结构），获得功耗更低的阻变特性。氧化硅层的作用在于避免氧空位区域的形成，减少电子的注入；控制导电细丝形成的数量，从而达到降低功耗的目的。最后，为了对比离子型阻变与电子型阻变的差异，本文同时制备了Al/TiOx/Cu和Al/TiOx/Al结构，通过对比点与点之间、点内的一致性差异，表明电子型阻变Al/TiOx/Al结构比离子型阻变Al/TiOx/Cu结构的一致性更好。通过本论文相关的实验，证实氧化钛作为阻变介质层在未来RRAM应用中的可能性。这将有助于研制替代闪存的高性能阻变存储器，同时对阻变存储器的机制研究及其阻变模型的构建，为优化出低功耗，高集成度，高度一致的阻变存储器的研究提供了经验，对RRAM器件的制备以及应用有一定的指导意义。