钛氧化物忆阻器是理论忆阻器的一种物理实现,是当前国内外材料学、电路学及人工智能等科学领域广泛研究的热点,该电路元件的出现将可能从根本上改变电子信息技术的物理基础。然而,钛氧化物忆阻器具有纳米量级的尺寸及复杂的电路学特性,其导电过程受不同材料、参数及机理的作用与影响,虽经多方研究,目前尚未形成定论,由此产生的钛氧化物忆阻器阻抗状态控制与应用是亟待解决的关键问题。本文主要围绕钛氧化物忆阻器导电机理及阻抗状态控制方法进行了深入研究。本文主要研究内容包括:(1)深入调研了钛氧化物忆阻器领域的发展现状,分析了国内外关于器件制备,导电机理,建模仿真及应用的研究现状,归纳总结了当前研究中尚存的不足。(2)提出了在钛氧化物忆阻器中杂质漂移与隧道势垒共存的导电机理,并基于此提出了一种共存模型,通过模型仿真对杂质漂移与隧道势垒的共存机理进行了验证。研究表明,相对于杂质漂移或隧道势垒机理,两者共存的导电机理能够更客观的反映器件导电的物理规律,并且两种机理的共存是导致忆阻器导电行为具有不稳定性的主要原因。(3)基于所提出的共存模型研究了各个器件参数及工作参数对钛氧化物忆阻器导电特性的影响,并据此提出了提高器件导电稳定性的方法,对制备具有优良导电特性的钛氧化物忆阻器具有潜在价值。(4)分别针对杂质漂移模型、隧道势垒模型及杂质漂移与隧道势垒共存模型研究了钛氧化物忆阻器阻抗状态的控制方法,并基于杂质漂移模型提出了一种钛氧化物忆阻器阻抗状态控制电路,利用SPICE仿真验证了所提出电路的正确性。(5)基于钛氧化物忆阻器阻抗控制方法设计了一种通频带参数可调且非易失的模拟滤波电路,该电路实现了通频带参数在设计范围内的精确调整,并且具有断电非易失的特性,解决了传统模拟滤波器电路中改变通频带参数需改变电路结构的问题。(6)基于钛氧化物忆阻器阻抗控制方法设计了一种模拟信号加密解密电路,该电路分别利用忆阻器的非线性导电特性及电荷记忆性对模拟信号进行加密与解密,为忆阻器应用于信息安全领域提供了新的思路。最后,在总结本课题研究工作的基础上,提出了后续工作的改进建议。