阻变存储器(RRAM)是当前微电子领域的研究热点。由于其具有结构简单，读写速度快，良好的尺寸缩小能力，多值存储及高密度3D集成等优点被认为是下一代非挥发性存储器强有力的竞争者。此外阻变存储器也是有希望实现神经网络系统，逻辑功能运算等功能的后续器件之一。虽然在过去几年，金属氧化物阻变器件的研究取得了很大的进步，但其研究和应用中还存在一系列重大挑战。其中，作为器件研究的重要手段，随着研究的进一步深入，电学特性测量的任务和需求将更加繁重，需要进一步优化。此外，需要对器件特性的退化失效机制的研究需要深入和完善，对阻变存储器件和阵列可靠性评估技术和方法需要发展。为此，本文基于阻变器件技术发展的需求及需要解决的关键技术问题，开展了不同电极材料对阻变性能的影响及其相关的物理机制、阻变器件在高速高密度存储器阵列中应用等相关问题的研究。研究完成的主要研究工作和取得的成果包括:　　1.设计了一种针对阻变器件测试新需求的测试系统。该测试系统不仅可以自动完成阻变器件直流特性、交流特性的测量和测试结果的分析，节省测试成本和提高测量速度。同时采用了模块化设计使得测试系统使用灵活，测试人员根据自己测试任务，快速方便地部署自己需要的测量方案。　　2.研究分析了TiN/HfO2/Pt、Ti/HfO2/Pt和Al/HfO2/Pt三种结构的阻变器件阻变特性，并提出了一种新的失效机制来解释Al电极阻变器件性能退化的原因。该研究指出，在电形成过程中，由于大电场的存在，会使Al金属电极在电场作用的驱动下向介质层迁移，从而在Al电极和阻变层界面处形成丝状的金属导电通道，从而导致Al电极阻变器件呈现高阻态下电流很大，窗口很小的现象。　　3.研究了阻变器件在高速工作条件下，互连的寄生电阻和电容效应导致的读写操作脉冲信号变形或退化现象。进一步研究了脉冲信号变形或退化对阵列电路中阻变器件性能影响的问题，提出了在阻变存储器阵列中操作电压信号的选取，需要考虑速度和电压的折中问题。　　4.研究了在高速、高密度3-D存储器阵列中读写操作关联的可靠性问题。通过实验和模拟两个方面对该问题做了全面的分析，提出了一种新的评估方法来分析阻变存储器阵列中的写干扰问题，以及采用新的操作模式提高阵列选取速度和写干扰容忍度的技术解决方案。　　论文所取得的研究结果对阐明阻变器件退化的物理机理、存储器件与阵列的性能评估与优化等研究具有重要的理论指导和实际应用价值。