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现代信息技术的快速发展在改变人们生活方式的同时也面临着严峻的挑战,发展下一代的非易失存储技术迫在眉睫。在众多非易失性存储器中,介质层为二元金属氧化物的阻变存储器（RRAM）器件,由于结构简单、低功耗、开关比高、擦写速度快、保持时间长以及与半导体工艺兼容等一系列优点引起广泛关注。传统的半导体材料——二氧化钛（TiO2）,尽管以其为介质层的RRAM器件的阻变机制（氧离子（或氧空位）的迁移）已较为清晰,但其阻变性能仍有待进一步提高。本文利用非金属物质掺杂以及插层的方式改善TiO2基RRAM器件的阻变比率,提高其稳定性、保持性和疲劳性,并对改性机理进行了探讨。结论主要如下:（1）利用旋涂技术在ITO的玻璃基底上成功制备了一系列氧化石墨烯（GO）掺杂的TiO2薄膜（TiO2:GO薄膜）;以Ag为顶电极,制备了Ag/TiO2:GO/ITO器件。通过XRD（X射线衍射）、SEM（扫描电子显微镜）与EDS（能谱仪）测试,结果表明,所制备TiO2以及TiO2:GO薄膜均为锐钛矿结构,但后者由于GO的掺入阻滞了薄膜的结晶;由于GO包覆在部分TiO2颗粒表面使得薄膜颗粒的平均尺寸增大。相对于Ag/TiO2/ITO器件（阻变比率约为13）而言,Ag/TiO2:GO/ITO器件的阻变比率增至282倍,开关电压分散性明显降低,保持和疲劳特性显著提高。低阻态（LRS）I-V曲线拟合结果显示,Ag/TiO2/ITO器件的阻变过程由肖特基势垒和细丝机制两种机制共同控制,而Ag/TiO2:GO/ITO器件的阻变行为符合导电细丝机理。（2）利用旋涂技术在ITO的玻璃基底上成功制备了一系列N元素掺杂的TiO2薄膜（TiO2:N薄膜）;以Ag为顶电极,制备了Ag/TiO2:N/ITO器件,研究了N掺杂对于TiO2薄膜（TiO2:N薄膜）的微观结构及相应RRAM器件（Ag/TiO2:N/ITO）阻变性能的影响。XRD、SEM和XPS测试结果显示,所制备的TiO2:N薄膜为锐钛矿结构,其中TiO2:N-2薄膜（N掺杂量为30%）的结晶质量最佳;TiO2:N-2薄膜颗粒的尺寸更加均匀。XPS图谱（X射线光电子能谱）中出现了Ti-N-O键,预示N进入TiO2晶格。与Ag/TiO2/ITO器件相对比而言,Ag/TiO2:N/ITO器件的阻变比率高达133倍,开关电压的分散性降低。这可能是由于TiO2:N薄膜内部N的间位掺杂生成的Tix（O,N）化合物有效的消除了TiO2:N/ITO界面处的势垒,同时部分N与Ti反应生成TiN纳米团簇,更有利于导电细丝的形成。（3）利用旋涂法制备GO薄膜,研究了GO上、下插层的引入对TiO2:N阻变性能的影响。研究结果表明,相对于Ag/TiO2/ITO器件,Ag/GO/TiO2:N/ITO和Ag/TiO2:N/GO/ITO两种器件的阻变特性明显改善,尤其是前者的阻变比率高达860倍,开关电压(VSet/VReset)也降低至±0.57 V。这可能是由于GO上插层的引入,大幅度提高了薄膜内部氧空位浓度,消除TiO2:N/ITO界面势垒,更有利于薄膜内粗壮导电细丝的形成。