基于氧化物薄膜的电阻开关存储器件（ReRAM）结构简单,能耗低,具有良好的可集成度以及与硅基半导体工艺的兼容性,从而广泛应用于新一代非易失性存储器、人工智能逻辑电路以及神经形态计算机。NiO薄膜是研究最早,也是最有望应用于商用ReRAM的材料体系之一。通过不断地改进工艺和优化器件结构,研究者们不断刷新NiO薄膜电阻开关存储单元的各项电阻开关性能参数。然而,器件偏大的置/复位电压及其分布弥散性问题一直未能得到很好地解决本文选择沿特定晶向择优生长的NiO薄膜为电阻翻转层材料,通过在NiO薄膜不同位置插入不同厚度的HfO₂界面层,构成多层堆栈结构器件,对比研究了加入界面层前后器件的电阻开关性能参数,特别是置/复位电压的大小和分布弥散性。本文首先利用磁控溅射方法分别制备了沿（111）和（001）晶向择优生长的NiO电阻翻转层和HfO₂界面层,对比研究了不同电极材料（Ag和Pt）和插入HfO₂缓冲/界面层前后器件的电流-电压性能。系统地探究了NiO薄膜厚度、HfO₂界面层厚度和插入位置以及器件测量参数对器件电阻开关特性的影响,最后探讨了优化结构器件电阻开关的物理机制。本文主要研究内容和结论如下:（1）对比研究了沉积在三种衬底（Pt-MgO,Pt-STO和Pt-Si）上不同厚度NiO（111）薄膜的电阻开关特性,对比研究结果表明:沉积在Pt-MgO衬底上厚度为100 nm的NiO（111）薄膜具有相对较好的电阻开关特性:如稳定的高/低电阻值比（20⁷0）,较小的置/复位电压（^?0.5 V）。且在80℃测试温度下器件电阻开关性能参数依然满足应用的最低要求。（2）对比研究了在NiO（111）薄膜上表面插入不同厚度HfO₂界面层对器件电阻开关性能的影响。对比实验结果表明,厚度为10 nm的HfO₂缓冲层使得器件电阻开关性能大幅改善:大幅度降低了器件高阻态的漏电流,在0.1 V读取电压下,高/低电阻比超过了10⁴;置/复位电压进一步降低（<?0.2 V）且分布更集中（^?0.15 V）;耐久性超过了10³循环周期。（3）在优化的器件工艺和制备条件下在Pt-Si衬底沉积制备厚约80 nm的（001）择优取向NiO薄膜,对比研究了在薄膜上下表面和中间分别插入10 nm厚HfO₂界面层后器件的电阻开关特性:结果表明:在10 mA限制电流和不超过0.5 V扫描电压幅值的测量参数下,仅下表面插入HfO₂界面层的C1型器件具有优异的电阻开关特性:置/复位电压对称分布在?0.2 V左右,高/低电阻比大于10⁵连续循环超过10⁴个周期性能无明显下降。NiO薄膜上下表面都插入HfO₂界面层的C2型器件在1mA限制电流和0.4 V扫描电压幅值的测量参数下,可观测到分别具有1次和2次SET过程的双稳态电阻开关特性（分别标识为S（1）和S（2）态）:S（1）态在连续循环7200个周期后,依然保持超低置/复位电压（<?0.2 V）、优异的数据保存时效性（>9.6?10³s）和>10⁴的高/低电阻比;S（2）态在连续循环1000个周期后,二次SET过程的高/低电阻比也分别高达10²和10³,初步显示出稳定的多态开关特性。而在NiO薄膜上/下表面和中间都插入HfO₂界面层的C3器件则呈现了多级暂态电阻开关特性:三个暂态（S1、S2和S3）和一个稳态（S4）,其中S4稳态在连续循环2000个周期后,依然保持>10³的高低电阻比。综上所述,HfO₂界面层修饰促进了薄膜中氧空位中导电细丝的形成,从而降低器件置/复位电压,改善其分布弥散性。而且两层HfO₂界面层修饰的NiO薄膜器件还呈现出了稳定的多阻态开关特性,初步显示出其在开发应用新一代超低工作电压和多态开关存储器件方面的应用前景。