忆阻器(memristor)因其在非易失性存储器和神经突触仿生功能中的潜在应用而受到深入研究。其中,阻变存储器(resistance random access memory,RRAM)作为忆阻器在存储器领域的主要应用,其稳定的性能备受关注。但是,为了实现实际非易失性存储器应用的目标,必须克服一个主要障碍,即切换电压的分散不均。因此开发性能稳定的新型器件对存储领域在未来发展中起推动作用。此外,忆阻器可实现生物突触可塑性,应用于神经网络和人工智能等关键研究领域,但仍需要开发模拟新的神经突触功能。针对现存问题,本论文主要进行三项研究:一、通过制备结构为W/ZnO/FTO的忆阻器,获得了典型的忆阻电学性能与可靠的模拟生物突触功能。通过施加电压脉冲获得的器件电流响应和衰减模拟了不应期动作电位的三个阶段。同时,通过比较不同电极对基于ZnO器件的影响,更加深入探究W/ZnO/FTO器件功能实现的物理机制。因此,所提出的基于实现不应期功能的W/ZnO/FTO器件促进了人工神经突触仿生功能的进步。二、为了更好优化RRAM器件的阻变性能,本研究将氧化物和二维材料氮化硼纳米片(boron nitride nanosheets,BNNSs)的双层混合结构作为器件的功能层。通过采用ZnO/BNNSs混合双层结构,获得了优异的忆阻器件特性。此外,脉冲序列可以应用于忆阻器装置以调节电阻,模拟生物传感系统的外部刺激。本研究不仅提供改善基于氧化物RRAM性能的稳定性和均匀性的方法,并可实现人工神经形态功能的可靠单元构建。三、最后,锑烯量子点在电子器件领域具有更高稳定性和电导可调性。通过嵌入锑烯量子点(antimonene quantum dots,AQDs)制备了Ag/ZnO/AQDs/Pt器件,提高器件的重复性和均一性。量子点使周围局域电场增强,引导导电细丝的生长方向,改善器件开关弥散性,Set电压分布范围由4V减小为1V;Reset电压分布范围由2.5V减小为1.5V。本研究为改善基于氧化物的阻变器件性能提供了另一种简单的技术方法,不仅展示了量子点材料在存储器领域中的应用前景,也对人工神经形态模拟的设计有重要研究意义。