在移动智能终端、云计算、物联网等技术的席卷之下,迫切需要提高数据中心的存储容量。随着集成密度的不断提高,在固态存储市场上占领主导地位的非易失性Flash存储器单节点的可扩展性已经达到极限,节点的存储能力已无法满足数据增长的需求,而且其在功耗和可靠性等方面面临着巨大挑战。因此,新型存储技术亟待研发。作为新型非易失性半导体存储器之一的阻变存储器（Resistive Random Access Memory,RRAM）,由于低功耗、良好的数据保持能力和高循环耐久性等诸多优点备受关注,各类RRAM的性能及机理的研究层出不穷。在本论文中通过探究Ag/ZnO/p+-Si和Ag/HfS2/p+-Si两类RRAM的阻变性能,发现二者虽然有相同的电极结构,但阻变性能有很大差异,这与两类器件的功能层性能差异密不可分。目前对于电极相同而功能层不同的器件的阻变机理的对比研究鲜有报道。因此,本论文基于相同的顶电极和底电极（Ag和p+-Si）,对比研究以ZnO和HfS2为功能层的两类RRAM器件的阻变性能和机理,并利用密度泛函理论（Density Functional Theory,DFT）计算探究空位和银原子在两类器件阻变性能中的作用,为深入研究阻变存储器内部机制提供有效的思路与方法。具体内容如下:本论文首先探究了利用溶胶凝胶法（Sol-Gel）和化学气相传输法（Chemical Vapor Transport,CVT）制备Ag/ZnO/p+-Si和Ag/HfS2/p+-Si两类RRAM器件的相关参数,以及后处理对器件性能的影响。测试结果表明,退火氛围中的氧含量和硫含量会影响器件的阻变性能。对比基于最优实验参数制备的两类器件的电学性能,发现Ag/HfS2/p+-Si器件具有更优异的性能,能够稳定循环1000次且窗口值达到10~2,而Ag/ZnO/p+-Si器件循环次数少且窗口较小。为了进一步分析造成器件性能差异的原因,通过DFT计算对ZnO和HfS2两类功能层材料进行了计算。首先根据实验制备条件分别构建了用于计算的纯/含空位ZnO结构和纯/含空位HfS2结构。通过对比纯/含空位ZnO和HfS2材料对导电性影响,发现引入空位导致材料的能带结构发生变化,即空位浓度影响功能层材料的导电性,进而对器件性能产生影响。计算结果表明实验中退火氛围是影响器件性能的主要原因。之后计算了Ag原子在纯/含空位的四个结构表面的吸附能,其结果表明含3.8%硫空位的HfS2结构表面所需的吸附能更小,这说明硫空位的存在有助于Ag原子吸附,并增强该体系的稳定性,使得Ag原子之间更容易发生团簇现象,因此Ag导电细丝更容易在Ag/HfS2/p+-Si器件中形成且该器件导电细丝的稳定性得到增强。由于迁移势垒的大小代表了Ag原子迁移的难易程度,影响着器件中导电细丝形成的快慢和难易程度。我们计算了Ag原子在纯/含空位的四个结构表面的迁移势垒,发现Ag原子在3.8%Vs@HfS2结构中迁移势垒较大,这使得由Ag原子积累形成的导电细丝稳定性增强,导致Ag/HfS2/p+-Si器件在1000次循环中低阻态的电阻值较为稳定,但器件操作电压较大。最后我们计算了bader电荷的转移,分析了Ag原子吸附在纯/含空位的四个结构表面后对原始结构电荷的影响。发现Ag原子吸附后展示出非电中性,且在不同结构中电荷量的转移各不相同。该结果表明在ZnO@Ag、HfS2@Ag、1.4%Vo@ZnO@Ag结构中Ag原子更容易被还原成Ag+,使得Ag导电细丝更快形成,导致器件操作速度更快。以上结果表明,结合实验和DFT计算对阻变机理的研究有助于我们对阻变性能的探索和理解以及解释电阻转变背后的物理机制。