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近年来，由于存储器的快速发展，鉴于传统非挥发性Flash存储器在集成电路工艺32nm以下时技术节点的发展瓶颈，新型非挥发阻变存储器RRAM以其特征尺寸小、存储单元结构简单、读写速度更快、集成度更高、更低功耗，与现有半导体CMOS工艺相兼容的特点，引起了广泛关注和研究。ZnO以其良好的电学特性成为了阻变存储器的研究对象。本论文主要研究结构为金属-绝缘体-金属(MIM)的氧化锌基阻变存储单元的构建及其开关特性。采用超高真空磁控溅射法制备ZnO阻变功能层及电极薄膜；并利用原子力显微镜(AFM)，扫描电子显微镜(SEM)，半导体参数分析仪(SPA)，X射线衍射(XRD)，四探针电阻测试仪，台阶仪等分别对其物理微观结构、电学开关特性进行表征。具体研究内容及结果如下：1）本文分析了氧分压、基底温度、薄膜厚度等工艺条件对ZnO薄膜生长及其性能的影响。测试结果表明，在氧分压为60%，200℃条件下生长的ZnO表面形貌与电学特性最佳；ZnO薄膜厚度只影响Forming电压，厚度越大，Forming电压越大，对Set和Reset电压基本不影响。2）分析了不同电极对于ZnO基阻变存储单元电学开关性能的影响。通过沉积下电极材料Cu、Al、Ag、Au、Pt，并对ZnO基存储单元进行电学测试，以Cu、Au、Pt为下电极时具有可逆的单极阻变特性，原因是三者与ZnO形成了较低的肖特基势垒；由于Ag与ZnO薄膜形成较高的肖特基势垒，观测到双极阻变特性；Al电极没有测试到阻变现象，分析认为是由于Al电极被氧化的原因。浅析了在有效减小上电极尺寸的条件下，明显降低了Reset电流，并且可增大阻变存储单元的高阻态值达106之多，从而提高了RRAM存储单元的稳定性和可靠性。3）设计并制备了1C1R的RRAM存储单元ZnO/Metal/SiO2/Metal/Substrate，以降低Set与Reset电压来减小RRAM功耗；经电学测试，1C1R结构的RRAM，利用电容在外加正负偏压下，电容本身的充-放电机制，可以有效减小ZnO双极性阻变转换过程中的Set和Reset电压，差值可达0.6V，从而减小了ZnO基存储单元功耗。从降低Reset电流方面，浅析了用来降低功耗的P/N型叠层结构。总之，本文主要是从制备工艺、电极、设计并制备新型1C1R结构等方面对ZnO基阻变存储单元进行研究。对于ZnO基RRAM的阻变特性及有效降低ZnO基存储单元功耗等方面进行了探索，为下一步非挥发性阻变存储器的研究以及应用奠定了基础。