二十一世纪是信息化的时代,近年来人们对数据存储性能和数据处理能力的需求不断提高,这促使了半导体集成工艺和技术的持续改进和创新,同时也加快了下一代存储器件的研究进度以期能够打破摩尔定律的限制。基于阻变效应的存储器件具有优异的数据存储和处理能力以及良好的可延展性和兼容性,有望成为下一代存储器件。钙钛矿氧化物BaTiO₃是一种典型的铁电材料,具有良好的铁电、压电性能以及电阻开关特性。研究表明,由于BaTiO₃具有较大的电光系数,其在光电效应方面也有潜在的应用前景。而同为钙钛矿家族的BiFeO₃是一类在室温下具有铁电性和反铁磁性的单相多铁材料,其独有的特性使它在非易失性阻变存储器等领域有着广阔的应用前景。本课题利用实验室超高真空磁控溅射系统制备了高质量的BaTiO₃、ITO/Al₂O₃/BiFeO₃/Ag、Si/Pt/Al₂O₃/BiFeO₃/ITO等薄膜结构。控制合适的生长条件,再改变诸如退火温度、各组成薄膜厚度以及不同界面等条件,可以对器件的性能进行调节。主要研究内容如下:（1）制备了不同退火温度下的钛酸钡薄膜,并用Keithley2400测试了其电流特性,在光照条件下器件电流均有增加,且在600℃退火条件下样品光电流最大。本实验使用扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱分析仪（EDX）和X射线衍射仪（XRD）测量仪器对BaTiO₃薄膜进行了表征和物相分析。EDX分析表明,退火会改变BTO化学计量比例,XRD也证明了BTO薄膜在较低的退火温度条件下会出现Ba₂TiO₄相。XRD图谱显示较高温度退火的样品衍射峰峰位朝高衍射角方向由轻微偏移,这可能是因为退火会改变薄膜生长的晶变应力。我们采用了Scherrer公式和Williamson-Hall分析两种方法讨论了BTO薄膜中晶体形成情况,结果表明退火工艺能极大改变BTO的物相结构。（2）采用磁控溅射方法制备了三组Al₂O₃膜层厚度不同的ITO/BiFeO₃/Al₂O₃/Ag多层结构器件。所有器件都表现出双极电阻开关的特性。随着Al₂O₃薄膜厚度的变化,记忆器件的开关行为发生变化。与其他器件相比,Al₂O₃层为5nm的器件没有“forming”过程。其最大电阻比约为30倍,且负偏置区域有明显的开关窗口,在较低读取电压（～-0.5V）下,该薄膜器件就表现出可区分的高、低电阻状态。在连续的循环扫描过程中,具有5nm的Al₂O₃膜层的样品中出现了三种类型的I-V曲线随机交替出现的情况,这在文献中鲜有报道。本文提出了以银离子为主导的虚拟阴极生长和由焦耳热辅助氧空位迁移引起的导丝形成和断裂的双重机制。该模型成功地解释了含5nm厚Al₂O₃薄膜的记忆器件中三种曲线共存和转换的原因,也解释了三组样品中不同的切换行为。（3）进一步在[Si/Pt]基片上制备Al₂O₃层为5nm的Si/Pt/Al₂O₃/BiFeO₃/ITO器件,并探究了光照对其电阻开关特性影响。实验表明黑暗条件和光照条件器件都出现了多级切换现象,不加光时器件出现了负微分电阻（NDR）效应,加光后器件电流变大且NDR效应消失,说明光照能对器件光电性质和开关效应进行调节。