忆阻器件是一种新型二端器件,它具有简单的金属/绝缘体/金属结构,同时具备低压低功耗、速度快以及易于集成等诸多优点。作为第四种电路元件,忆阻器件有着与电阻、电容及电感不同的电学特性,且不能被三者替代,它可以广泛地应用于存储器、模拟电路、数字电路等电路中。本文首先讨论了忆阻器件的相关特性,介绍了忆阻器件的基本概念,包括忆阻器件的基本结构、工作原理等;分析了器件的电流电压特性,同时建立了忆阻器件电流电压特性的模型;接着研究了忆阻器件的阻变机制,包括导电细丝机制和势垒型机制。研究了基于忆阻器件的可重复擦写阻变存储器件,试制了基于忆阻器件的可重复擦写阻变存储器件,并对器件进行了测试与分析。所制备的器件是双极型阻变存储器件,用导电细丝机制解释了器件阻变的原因,它可以实现多值存储功能,且器件经过104次擦写后仍可以正常工作,存储的数据可以保存10年。同时研究了器件的抗辐照特性,采用总剂量的方法进行伽马(γ)射线试验,器件在辐照后仍然可以发生阻值跳变,且高、低阻态阻值都有所增加,但器件仍可以正常工作,展现了很好的抗辐照性能。研究了基于忆阻器件的只写一次存储器件,制备了基于HfO2薄膜的只写一次存储器件,器件可以在施加合适的电压脉冲后由高阻态跳变至低阻态,处于低阻态的存储器件将保持阻值不变,阻值的变低是由于导电细丝的生长,同时器件具备良好的读值耐疲劳特性和保持时间特性。研究了基于忆阻器件的模数转换器(ADC)中的量化器,首先介绍了模数转换器的相关知识,包括基本结构以及Flash ADC的工作原理。然后设计了基于忆阻器件的ADC中的量化器,接着建立仿真量化器电路的SPICE模型,同时对基于忆阻器件的4位ADC中的量化器进行了仿真,仿真结果表明所设计的电路可以实现量化功能,同时制作了可以分辨5种电压状态的简化量化器板级电路,验证了所设计电路的可行性。