随着高速信息处理技术对存储器件密度和速度的苛求,当前主流的Flash（基于电荷存储机理）存储器特征尺寸正在挑战物理极限,而同样具有非挥发特性的阻变存储器由于具有结构简单、尺寸可缩小性好、擦写速度快、擦写疲劳特性好等突出优点而被认为是下一代非挥发存储器最有利的竞争者。尤其是氧化物基阻变存储器件近年来备受关注,氧化铪基RRAM被工业界所看好,目前各大公司及研究机构均在致力于改善器件性能,已经取得较大进展,但在某些性能方面仍然亟待提高,如:较高的操作电流、较大的阻变参数波动等。本论文主要对基于氧化铪薄膜,研究了不同顶电极及叠层结构对器件性能的影响,对其阻变特性进行了测试及分析,并对其内在的阻变机理进行了探究。论文基于TiN为底电极,采用磁控溅射方法淀积了氧化铪功能层,对比了不同顶电极（Ni和Ta）阻变器件并构建了不同叠层器件结构单元;器件制作过程中采用XRD、SEM、EDX、AFM等手段对器件微结构和形貌进行了表征,并基于高低温探针台采用半导体参数分析仪B1500A对器件的电学特性进行了分析表征,取得了如下进展:1、不同顶电极（Ni、Ta）的对比实验表明:Ni/HfO₂/TiN结构阻变单元具有超低功耗双极性阻变特性,Reset电流可达100nA;而Ta/HfO₂/TiN结构阻变器件的双极性阻变电学特性一致性较好。基于I-V数据的拟合对比和电学温度关系对Ni/HfO₂/TiN及Ta/HfO₂/TiN结构的阻变机理进行了探索。2、构建了HfO_x/HfO₂和HfO₂/BN两种不同叠层结构存储器件,研究其阻变性能并探索了其阻变机理。通过反应溅射淀积较薄的HfO_x欠氧插入层,制备了Ta/HfO_x/HfO₂/TiN叠层结构的阻变器件。其中,欠氧层HfO_x是作为提供足量氧空位缺陷的氧空位储氧层,实现了器件高一致性（Cycle to Cycle和Device to Device）的双极性阻变特性;同时,通过调节Reset过程中不同的Stop电压实现了可控制、稳定的、一致性很好的四个组态的多值存储特性;器件的电阻转变机制为氧空位细丝的形成和断裂,低阻态的电流传导机制为欧姆传导,高阻态传导机制为由缺陷主导的空间电荷限制电流效应（SCLC）。通过插入高电阻率、低介电常数的BN薄膜,制备了Ta/HfO₂/BN/TiN叠层结构的双极性阻变器件,BN薄膜层的插入降低了器件功耗（Reset电流从1m A降到了100μA）;同时,器件的一致性（Cycle to Cycle）也有一定程度的提高,BN薄膜层起到了阻挡电子注入及流出的作用,导致了较少氧空位数量的形成和随机性的降低,进而实现了HfO₂/BN叠层器件功耗降低、一致性提高的阻变特性,器件低阻态的传导机制因BN层的插入由欧姆传导转变为由缺陷主导的空间电荷限制电流效应（SCLC）。