近年来,信息技术不断发展,存储器成为信息产业的脉搏。而随着存储器尺寸的不断缩小,传统Flash器件遇到了栅极漏电、读写速度慢等问题,使得存储器技术的发展遇到阻碍。此时,非挥发性阻变存储器（Resistive Random Access Memory,RRAM）由于其制备工艺简单、存储密度高、读入和擦除速度快、能与CMOS工艺兼容等优势,受到人们的极大关注。在众多的阻变材料中,ZnO材料有着原料充足、制备工艺简单、价格便宜、无毒害性等优点,因此,ZnO材料是制备RRAM的良好阻变材料之一。为了改善ZnO RRAM的操作电压、均一性等性能,选择采用掺杂技术,但是,目前有关掺杂元素的选择还不明确,掺杂元素对阻变性能影响的机理也没有定论。在本文中,采用了基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,根据模拟计算的结果从理论上分析掺杂元素的存在对ZnO的影响,并选择合适的掺杂元素,从而更好的改善阻变性能。最后,通过实验制备了ZnO基阻变存储器以验证理论研究的结果。本文的主要研究内容和结果如下:分别将六种金属原子（Ga、Al、Cu、Ag、Mn、Ni）替位掺杂到含有氧空位的ZnO超晶胞中。计算结果表明,掺杂六种元素后ZnO的带隙都有所减小,而掺入过渡金属Mn、Ni时,ZnO的带隙消失,出现半金属性,电子的迁移率更大,因此器件的工作电压更小。此外,P型掺杂剂Cu、Ag能更有效地降低氧空位形成能,即降低Forming电压;而N型掺杂剂（Ga、Al、Mn、Ni）相应辅助作用较弱,其中Ni掺杂的氧空位形成能最小。根据理论计算结果综合考虑,Ni掺杂时阻变性能改善的效果最好,因此在实验上选取Ni进行掺杂以观察ZnO的阻变性能以及导电机制的变化。实验上通过磁控溅射法制备ZnO薄膜,利用单因素法对溅射制备ZnO薄膜的部分工艺（衬底温度、工作压强、溅射功率）进行了优化,得到优化工艺参数为:溅射功率120 W、工作压强1 Pa、衬底温度30℃。在优化工艺参数下成功制备了Ti/ZnO/ITO和Ti/ZnO:Ni/ITO器件,并用半导体参数分析仪测试了器件的阻变性能。测试结果表明,Ni掺杂降低了器件的Forming电压和Set电压,有效改善了器件Forming电压的离散性。Ni掺杂后器件仍能实现多个周期的稳定转换,具有良好的阻变窗口,高阻分布更加均匀稳定。Ni掺杂不改变器件的导电机制,即在高阻态时都是空间电荷限制电流（SCLC）导电,在低阻态时都是欧姆导电。