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本文综述了国内外忆阻器研究现状，分析了惠普忆阻器的结构、原理和主要特点。忆阻器的纳米尺度、非易失性和可堆叠性具备设计新型大规模集成电路以延续甚至突破摩尔定律的能力。忆阻器的运算多值性具有设计人工神经网络和人工智能模拟计算机体系结构潜能。本文进一步研究了我们提出的新型双扩展结构忆阻器并制成了实物样品，主要开展的研究工作有：1．给出了双扩展纳米尺度结构忆阻器（即Pt/TiO2-x/TiO2/TiO2+x/Pt纳米结构忆阻器的新结构并成功获得一项中国发明专利授权和两项美国发明专利授权）。本论文研究在两根交叉的铂纳米线之间夹TiO2-x/TiO2/TiO2+x三层纳米二氧化钛半导体薄膜，制备成Pt/TiO2-x/TiO2/TiO2+x/Pt纳米结构，研究这种双扩展忆阻器模型、工作机理及其特性。2．根据离子漂移理论，对经典的惠普型忆阻器提出了新的建模方法，同时对比讨论了双扩展忆阻器模型特点，并且在Matlab和HSPICE等主流电路仿真软件平台下仿真实现。仿真结果表明本文忆阻器理论模型更加符合忆阻器实物测试结果。研究了基于惠普型忆阻器了读写操作的电路结构，提出一个能充分发挥忆阻器存储与运算特性的智能存储结构。3．通过对双扩展忆阻器的工作原理和理论模型的分析，给出了双扩展忆阻器的电压与电流对时间积分的数学表达式，更准确的表达了双扩展忆阻器工作情况。4．深入探讨了双扩展忆阻器关键组成部件的制备，其中包括上下铂纳米线电极、本征二氧化钛纳米层TiO2、缺氧二氧化钛纳米层TiO2-x、富氧二氧化钛纳米层TiO2+x，利用了SEM、XPS等表征手段分析了各个纳米部件的成分与结构。给出了双扩展忆阻器的制备工艺流程图和双扩展忆阻器的实物样品。5．研究了铂纳米电极的V-I特性曲线、双扩展忆阻器的V-I特性曲线、重复性曲线和V-I特性迟滞曲线，并且通过特性曲线分析来科学合理确定仿真参数。6．针对与惠普型忆阻器对比证明双扩展忆阻器开关速度更快、功率更低，提出了一种新型基于双扩展忆阻器的存储器电路结构，并且给出结构图、版图和应用方式。