随着信息技术的发展,高速度和高密度非易失性存储器(non-volatile random access memory, NVRAM)的发展成为一种必然趋势。传统的硅基存储器已接近其物理和工艺极限,因此,近年来各种新型的NVRAM便得到了迅速发展。其中,ReRAM具有存储密度高、功耗低、读写速度快、反复操作耐受力强、数据保持时间长、与CMOS工艺兼容、更重要的是可缩小性好(非电荷存储机制)等优点,并因此成为这些新型存储器中最有应用前景的候选者之—ReRAM单元有着简单的“三明治”(metal-insulater-metal, MIM)结构,中间绝缘阻变层的选择对器件性能起着至关重要的作用。基于GO阻变层的材料既具有有机材料成膜简单、膜层薄、成本低、可大面积溶液处理等优点,又具有无机材料器件性能好、稳定性好、寿命长等优势。因此,本文着力于研究氧化石墨烯及其阻变存储器的制备和性能研究。本论文中,首先对采用Modified Hummers’法制备的GO进行表征；其次采用旋涂工艺制备GO膜,成功制备了Al/GO/ITO ReRAM器件,并对其进行电学测试及机理分析；最后对不同退火处理下的器件进行了GO膜的表征及器件的I-V测试。本论文的研究工作及结果如下：(1)GO的制备及表征Modified Hummers’法制备的GO在水中良好的分散性证实了GO上丰富的氧官能团。AFM数据则显示了GO的1.1nm左右的厚度及数百纳米至数微米的横向尺寸,表明了GO的完全剥离；随后的Raman光谱数据显示GO相比石墨而言有着更强的D峰和更弱的G峰,即更大的ID/IG和更小的I2D/IG,这表明了石墨烯平面上sp3平均尺寸的增加；XRD的数据显示GO有着0.93nm的层间距,证明了GO的成功插层以及石墨烯平面上sp3平均尺寸的增加；XPS分析则表明GO中含有丰富的羟基、羧基和羰基,且羟基占有很高的比重；此外,TGA测试数据显示了GO的质量随温度变化而减少的特性,进一步证实了GO中含有丰富的氧官能团。(2) Al/GO/ITO ReRAM器件的阻变特性及机理分析(a)阻变特性分析Al/GO/ITO ReRAM器件在150℃退火后展现了极好的阻变特性,有着1.3V的置位电压,-2V的复位电压,约103的开关比。耐久性测试表明器件的开关比在100次循环后仍保持不变。器件的记忆时间测试则表明其有着长达104s以上的数据保存能力。此外,限制电流关系测试结果显示器件的复位电流密度和复位电压随着限制电流的增加而增加,器件的低阻态电阻随着限制电流的增加而减少。(b)阻变机理分析电形成循环方向的机理分析表明：正向电形成循环后,器件有着稳定的低阻态和高阻态,这种结果是由于GO在电偏压下的sp3杂化和sp2杂化间的转化或表面层处的氧迁移。随后的负向电形成循环展现出了WORM的特性,我们分析这种非对称的电形成循环特性来源于器件的非对称性。J-V特性的机理分析表明器件的J-V特性符合SCLC关系,与阻变来自于氧空位的迁移有着良好的符合度。电极单元尺寸依赖的机理分析表明：无论是高阻态还是低阻态,器件单元的电流与电极尺寸均存在着线性关系,表明器件的阻变发生在整个接触面,因此器件的机理并非sp3态与sp2态间转变的细丝机理,而是电偏压下氧官能团的迁移所引起的表面势垒的变化。(3) GO ReRAM与退火温度的关系(a)GO阻变层与退火温度的关系AFM膜厚分析表明GO膜的膜厚随着退火温度的升高而减小；粗糙度分析则表明不同退火温度下的GO膜均有着良好的均匀性。Raman光谱分析表明随着退火温度的增加,GO中sp2区域平均大小逐渐增加。XRD数据表明了退火后GO中石墨结晶程度的增加,即石墨化程度的提高。XPS分析则表明C=C随着退火温度的升高而逐渐增加,对应着GO中sp2区域的增加,氧官能团的减少。(b) GO ReRAM的性能与退火温度的关系通过对不同退火温度下器件的测试,我们发现Original Sample和Annealing150℃样品有着相同量级的开关比,而Annealing200℃和Annealing250℃样品的开关比则逐渐减少,达到10的数量级。这种开关比的变化可能来自于氧官能团的减少。