基于氧化物薄膜的阻变随机存储器（resistance random access memory,RRAM）作为下一代非易失性存储器的有力竞争者,尽管表现出了结构简单、低功耗、高密度、存取速度快、可三维集成、与微电子工艺兼容等优势,然而其阻变参数的不均匀性限制了它在存储器领域的应用。忆阻器（memristor）,作为一种能够记忆流经其电荷数量、呈现电阻的时间记忆特性的两端子器件,是最有可能模拟人脑学习记忆等过程、实现“类脑”人工认知的电子元件,相关的突触仿生研究正处在蓬勃发展中。但缺乏高质量忆阻器材料体系,成为制约其发展的瓶颈。神经形态计算是一种新的计算模型,通过构建与动物大脑相似的计算体系结构来模拟神经生物学过程。它能够提升计算机系统的感知和自主学习能力,可以应对目前严重的能源消耗问题,并有望颠覆现有的数字技术。神经形态计算结构模拟人类大脑,同时进行感知,学习和记忆。这些功能由大量的神经元和突触来完成,突触通过调节神经元之间的连接强度来执行学习和记忆功能,这个过程被称为突触可塑性。因此,使用忆阻器来模拟突触功能是实现高效人工神经形态系统的重要步骤。最近,具有基于具有多个晶体管和电容器的互补金属氧化物半导体（CMOS）模拟电路的单个人造突触的器件已经被制造出来,但需要高功耗的复杂集成电路。因此需要研究新的材料,结构和器件,所以使用忆阻器模拟生物突触的关键特征被认为是最有前途的解决方案,忆阻器满足使用单个设备模拟突触行为的要求。大多数使用忆阻器的人工突触只能在关闭过程中工作,导致仅仅能实现抑制能力。对于神经形态装置来说,模拟具有“学习”和“遗忘”功能的生物突触器件电阻需要多重增强状态,仅仅模拟抑制能力是突触应用的障碍。基于上述内容,本文研究了基于钒酸铋与碘氧化铋两种新型氧化物薄膜的忆阻器,测试了这两种新型材料忆阻器模拟生物突触行为的性能,且本文所制备的忆阻器克服了只能在关闭过程单向调控的缺点,实现了对器件电导的双向调控。钒酸铋具有价格低廉、合成方法简单的优点,碘氧化铋具有良好的吸附性,且两种材料都有很好的光催化特性,属于环境友好型材料。本文主要研究内容如下:采用磁控溅射技术在BiVO₄样品上生长Ti顶电极,制备了Ti/BiVO₄/FTO结构的忆阻器。研究了忆阻器模拟几个重要的突触行为包括非线性传输特性、脉冲时刻依赖可塑性（STDP）、双脉冲易化（PPF）、不同刺激下短时程可塑性到长时程可塑性转变、不同温度下的短时程可塑性。器件的电学特性包括保持特性、抗疲劳特性、累计概率,开关时间。结果表明本文所制备的Ti/BiVO₄/FTO结构的忆阻器能够很好的模拟突触行为,可以促进实现大规模的神经形态系统。采用磁控溅射技术在BiVO₄样品上生长Ti顶电极、TiN顶电极及Pd顶电极,制备了Ti/BiVO₄/FTO结构、Ti/NBiVO₄/FTO结构、Pd/Bi VO₄/FTO结构的三种阻变存储器。研究了三种不同顶电极结构阻变存储器的电导量子化行为,发现这三种材料作为顶电极时器件都会出现电导量子化行为,通过统计I/V曲线中出现的量子电导,发现量子电导数值多为G0的整数倍和半整数倍,当Ti作为顶电极时器件的状态最为稳定。对Ti/BiVO₄/FTO结构的阻变存储器测试保持特性、抗疲劳特性,多值存储特性并分析了器件的导电机制。器件有效开关次数在100次以上且经过1.4×10⁴ s后高低阻态无明显变化,并且对RESET过程中台阶性电导进行了保持测试,各阻态都保持了10⁴ s以上,表明器件具有良好的多值存储能力。变温测试阻变存储器,对器件的I/V曲线进行拟合并结合现有的研究结果,认为器件为跳跃电导机制。基于BiOI材料,我们设计并制备了Ti/BiOI/FTO结构忆阻器,并得到稳定运行的器件。该器件在SET和RESET过程中具有良好的电阻可调性,保持性,耐久性。我们通过探究忆阻器与神经突触之间的相似性,获得了具有自主学习功能的智能化器件。在忆阻器件中实现了多种重要的神经突触学习记忆功能,包括突触可塑性,双脉冲易化,经验式学习行为。重要突触功能的实现和动态模型的建立将促进对人工神经网络的突触更精确的建模。