进入信息化时代后,集成电路已经成为信息技术与信息社会的基础产业。然而随着CMOS逻辑电路与存储器件工艺尺寸的不断缩小,已经逼近了物理极限,在集成电路领域中的“摩尔定律”也将很难延续下去。传统的信息存储与信息处理分离的冯·诺依曼计算机体系架构也迎来了发展瓶颈,学术界与产业界急需寻找出新型信息器件与信息系统架构。为了应对这些突触的问题,许多科研人员们开始将重点放在了忆阻器领域的研究上。目前为止,已有的研究仅仅停留在了通过不断改进完善工艺方法制备出性能优良的忆阻器件的阶段。对于电路应用方面,已公开的文献中却很少有建立针对具体忆阻材料的电学模型,这在一定程度上影响了基于忆阻器的电路设计效率与研发周期。本文的研究内容将集中在探究ZnO基忆阻器的性能及建模,并将构建的数学模型应用于数字逻辑电路中。主要工作如下。以ITO导电玻璃为基底,采用磁控溅射工艺制备ZnO薄膜,用电子束蒸发技术沉积Al薄膜作为电极,制备出Al/ZnO/ITO结构的忆阻器。测试在不同的氧气流量、电极尺寸及ZnO薄膜厚度工艺条件下ZnO基忆阻器的I-V特性曲线、开关比、Set/Reset电压等性能。在氧气流量为20sccm时制备出的忆阻器具有明显的电压阈值特性,并且具有较高的开关比。电极尺寸越小,开关比越大,但会使Set电压升高。Set电压与薄膜厚度呈正相关,减小薄膜厚度会使忆阻器开关比减小。不同的工艺条件对忆阻器各项性能指标有提升也有降低,针对具体应用电路需要对各项性能折衷选择。建立边界迁移理论模型与双极性电压阈值开关模型。边界迁移理论模型适应于低氧气流量时制备的ZnO基忆阻器,在氧气流量为20sccm时制备出的忆阻器具有明显的电压阈值特性,双极性电压阈值开关模型拟合效果更好。修改忆阻微分方程使模型适应ZnO基忆阻器Set/Reset电压非对称的特性,建立拟合函数,比较仿真模型对ZnO基忆阻器I-V特性拟合效果。应用电压阈值开关模型对MRL逻辑与门、非门进行仿真,重点分析MRL逻辑的功耗、噪声容限与再生性、扇入扇出的性能,基于布尔逻辑的完备性原理提出MRL与CMOS混合逻辑电路,既解决了布尔逻辑完备性问题,又提高了电路的再生性。