高速、高密度的处理器和存储器促进集成电路技术在过去几十年中的持续进步,同时推动计算机快速数字化和智能化。此外,便携式移动电子设备严重依赖于存储器的发展。随着新时代的发展,半导体存储器的需求和要求也越来越多。阻变存储器（RRAM）凭借尺寸收缩率好、读写速度快、数据保留时间长的优点同时具有多值存储能力,与CMOS技术兼容性良好,有望成为下一代新兴非易失性存储器的最佳候选者。目前基于三维材料的RRAM性能已经较为完善,但是二维材料的RRAM中仍然存在一些缺陷,如开关比较低和稳定性较差等问题,探索一款性能稳定、高窗口值和高速的二维RRAM迫在眉睫。单层碲化锗（α-GeTe）是一种结构类似石墨烯的宽带隙半导体,近期在实验、理论和模拟的研究中表明单层α-GeTe具有高稳定、易合成和高迁移率等优点。因此,本文采用第一性原理对基于单层α-GeTe为电阻转变层的RRAM性能和机理进行探索研究,并且进一步作改善了其性能。首先测量单层α-GeTe在不同方向上的电流电压关系,其中扶手型α-GeTe电流电压呈现出欧姆特性关系,锯齿型α-GeTe显示出明显的非线性电流。通过计算这两种类型静电势分布解释了产生各项异性的原因,同时模拟锯齿型α-GeTe发生非线性过程中结构和能带的变化。结果表明锯齿型α-GeTe发生电阻转变的原理是基于Te空位的迁移形成导电细丝。接着利用单层石墨烯作为电极与锯齿型α-GeTe构建了不同异质结。根据不同异质结布居值、结合能和失配率的结果选择界面最稳的异质结来构造相应的RRAM。然后模拟了上述界面最稳定RRAM的I-V曲线,该器件呈现出双极性电阻转变特性,SET和RESET电压分别1.1 V和0.8 V,窗口值达到10~4。此外,该器件结构的电荷密度图表明其机理仍然是Te空位的迁移机制。基于此研究了不同数量和位置的Te缺陷对RRAM性能的影响及原因。研究结果表明缺陷使器件的SET电压都有所降低,并且极大提高器件的开关比。其中构造了两个分散缺陷的RRAM改善效果最佳,器件窗口值提高至10~9。通过比较二者的DOS和迁移势垒发现,缺陷态的存在使器件导电细丝的形成更加容易,因此提高了各器件的窗口值。最后,利用三种不同的电极来改善器件的性能,其中以In P3作为电极的RRAM窗口值提高10倍,Ti S2电极的器件性能与石墨烯电极器件性能近似,而Mo2C作为电极的器件对SET电压的改善最明显。研究发现不同电极形成异质结界面的势垒和电子迁移率不同,这是不同电极对RRAM性能影响的重要原因。综上所述,本文研究了一种基于新型二维材料单层α-GeTe的RRAM,并且探索其导通机理及性能。最后,提出了构造缺陷和变更电极的方法改善RRAM性能,同时研究了这两种方法对器件性能的影响及原因。本论文为基于其他新型二维材料RRAM的机理探索、性能改善和应用提供了一定的理论指导。