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阻变存储器因其读/写速度快,微缩能力强并与传统的CMOS工艺相兼容等优点,而被认为是最具潜力的下一代非挥发存储技术之一,受到工业界和学术界的广泛关注。随着集成密度的提高,三维集成(3D)将成为一个必然的趋势。然而,在三维集成中,传统HfO_x基阻变存储器的热稳定性、功耗及串扰等问题影响了器件的性能。由于器件内电荷输运行为受到介质中缺陷和界面状态的共同影响,阻变存储特性也将由此发生变化。在已有的报道中,采用双阻变介质层(HfO_x/ZnO)改善热稳定性的研究并不多见。此外,等离子体修饰是改善缺陷的有效手段,有望调整器件性能。但通过等离子体修饰调节阻变介质界面特性的研究尚未见报道。因此,本论文主要研究叠层HfO_x/ZnO存储器的阻变行为及采用等离子体修饰HfO_x/ZnO界面改性阻变行为并研究其阻变改性的作用机理。研究表明,HfO_x和ZnO薄膜在可见光区域的平均透射率为80%,其禁带宽带分别为5.73eV及3.35eV。HfO_x、ZnO单层薄膜的存储器具备可重复的双极型阻变特性,但工作电流均维持在mA级别且其热稳定性较差。两存储器低阻态的导电机制为欧姆导电,而高阻态的导电机制则为空间电荷限制电流(SCLC)机制。为了改善HfO_x基阻变存储器的特性,我们插入ZnO薄膜,制备了Ti/HfO_x/ZnO/ITO结构的阻变存储器。与单介质层阻变存储器相比,存储器的最大工作电流由mA降低到μA(功耗也降到μW)。叠层HfO_x/ZnO存储器的高阻态导电机制变为肖特基发射机制主导,而低阻态导电则由普尔-法兰克发射机制主导。HfO_x/ZnO界面处的肖特基势垒随温度升高而增加,使其能够在高温下(～180℃)维持稳定的工作电流(～2μA)。另外,叠层HfO_x/ZnO增大了氧离子的扩散激活能(～1.65eV),使存储器在85℃下的数据保存时间由159小时(30nm-HfO_x基存储器)增加到约10年。进一步研究发现,氩等离子体修饰HfO_x/ZnO界面能够引入氧空位,使界面势垒高度受到影响,从而调整叠层存储器的工作电流(和功耗),也获得了内嵌于器件中的整流功能。