目前主流的Flash存储器已经达到了其尺寸缩减的极限,为解决这一问题提出了很多新型非易失性存储器,在众多新型非易失性存储器中,阻变存储器（Resistive Random Access Memory,RRAM）具有数据存储密度高、数据擦写速度快、功耗低等优点,这使得阻变存储器在下一代新型非易失性存储器中具有优越的竞争力。有非常多种材料可用于阻变存储器中间介质层,例如各种各样的二元氧化物,其中基于HfO_x的阻变存储器件具有数据擦写速度快（ⁿs）、循环耐受性好（¹0¹22 cycles）和保持性好以及转变电压低（<0.5V）等优点从而得到了人们的广泛关注。但是基于HfO_x材料的阻变存储器件的存储特性还存在一些不足,例如功耗较大和高密度存储的问题,这限制了阻变存储器件大规模实现工业化生产。基于以上背景,本文基于氧化铪薄膜为中间介质层构建阻变存储器件,首先研究了中间介质层氧化铪薄膜的制备工艺参数与二硫化钼插层结构对阻变存储器件阻变性能的影响,并对其阻变机制进行了分析,其次研究了基于HfO_x阻变存储器件的低功耗以及多值存储特性并提出了相应了阻变机制分析。【1】优化氧化铪薄膜的工艺参数改善阻变器件性能,其中氧化铪薄膜通过磁控溅射利用金属Hf靶材制备,通过改变介质层氧化铪薄膜厚度以及制备过程中氧分压来优化阻变存储器件的阻变性能,电学测试结果表明,在优化出中间介质层厚度为20nm的基础上,氧化铪制备过程中氧分压为6%条件下所制备的器件阻变性能最好,循环耐受特性可达到10³次,并且器件转变电压的分布一致性得到改善。通过对电学测试结果进行双对数线性拟合,并结合以外加温度测试,表明Ni/HfO_x/TiN阻变存储器件在低阻的传导机制是氧空位导电细丝,在高阻态时的传导机制由肖特基发射主导,最后提出相应的阻变模型。【2】构建Ag/HfO_x/Ti N与Ag/HfO_x/MoS₂/HfO_x/TiN两种结构阻变存储器件,研究了MoS₂插层结构对阻变特性的影响,在中间介质层HfO_x插入MoS₂后,阻变存储器件的循环耐受特性和转变电压的一致性得到改善,根据肖特基发射理论对I-V曲线进行线性拟合,对阻变机制进行了分析探索。【3】利用二氧化铪陶瓷靶材,构建了具备低功耗性能的Ni/HfO_x/TiN结构阻变存储器件,经过电学测试,该结构阻变存储器件的Reset电流可低至nA级别,最后通过对电学测试结果进行双对数线性拟合,其阻变机制为SCLC机制。【4】构建具备多值存储特性的Al/HfO_x/TiN结构阻变储存器件,通过在Set过程中设置不同的外加限制电流以及在Reset过程中设置不同的停止电压,得到三个不同的阻值状态,根据肖特基发射理论,最后通过对电学测试结果进行线性拟合,对其多值存储特性进行了分析探索。本文研究了基于氧化铪薄膜阻变存储器的阻变特性及机制分析,首先通过优化氧化铪薄膜的生长工艺以及MoS₂插层,改善了阻变存储器件的endurance特性和转变电压分布的一致性。随后构建了具备低功耗特性的Ni/HfO_x/TiN结构阻变存储器件,得到了Reset电流为nA级别的低功耗器件。最后,基于Al/HfO_x/TiN阻变存储器件,通过在Set过程中设置不同的外加限制电流以及在Reset过程中设置不同的停止电压,实现了多值存储功能。