忆阻器因其结构简单、集成度高、器件功耗低、擦写速度快且制备工艺与当前的CMOS工艺兼容等优点,被视为下一代非易失性存储器中最具竞争力的候选者之一。然而,迄今为止,因材料不同导致其阻变过程及微观机制亦不尽相同,尚未建立起自洽、普适的物理模型;且其操作参数的离散性大、重复性差等问题也限制了忆阻器的实际应用和商品化进程。本学位论文综述了氧化物基忆阻器的研究进展,同时针对上述问题提出了一些研究思路,并在此基础上以“几种金属氧化物纳米结构阻变行为的电场调控研究”为题,重点总结了笔者在攻读硕士学位期间的研究工作。具体包括以下内容和结果:（一）为探究外电场对忆阻器阻变行为的调控机制,采用溶胶旋涂和真空蒸镀工艺,设计、制备了基于Al/TiO₂/FTO纳米结构的忆阻器件。测试结果表明所得样品在较低的电压范围内呈现出电子型阻变行为;而当测试电压范围较大时,该结构的样品却呈现出离子型阻变行为。基于实验数据和建模分析,发现该样品中上述两种阻变行为的切换存在一个临界电场的诱导。当施加的电场小于临界场时,结构中的氧空位作为陷阱中心几乎不能迁移,仅可能通过捕获和释放载流子来改变其电阻状态,从而导致Al/TiO₂/FTO结构发生电子型阻变;当施加的电场大于或等于临界场时,氧空位才能发生迁移进而凝聚成导电细丝,因而导致Al/TiO₂/FTO结构中的阻变行为切换为由导电细丝的形成和断裂主导的离子型阻变。另外,通过调控该结构中TiO₂层的厚度估算出了临界场的大小,并通过厚度参数及外加测试电压范围的优化,在上述结构中实现了两种阻变行为之间的可逆切换。该器件特性的发现具有潜在的应用价值。（二）为进一步探究薄膜忆阻器界面过渡层对其不同阻变行为的调控机制,采用真空热蒸发工艺,制备了Cu/Al/FTO纳米结构忆阻器件。通过XPS深度剖析证明了Al/FTO界面间存在由Al、Al₂O₃、SnO、SnO₂组成的过渡层。实验结果表明,电场对界面层微结构的调控可以体现在样品阻变行为切换的演变过程中,即:从初始的一次写入多次读取特性（WORM）到负差分电阻（NDR）与双极阻变行为（BRS）的共存,以及共存行为的逐渐消失和随后的恢复。基于对相关实验数据的分析发现,该结构中上述阻变行为切换是在电场作用下,由界面过渡层中预先存在的Al导电细丝的永久断裂及其局域微结构的演化导致的。从而,提出了一个用于解释这种由界面主导的阻变行为演变的模型,其要点是,在电场作用下由Al³⁺缺陷诱导的载流子捕获与退捕获,以及Al³⁺缺陷自身的迁移导致的内建电场的协同效应致使器件出现NDR和BRS行为共存的现象。（三）在上述工作的基础上,为探究局域电场对器件阻变行为稳定性的影响,尝试将去除一次阳极氧化膜后保留底部纳米孔痕的Ti基片作为底电极,进行不同时间序列的二次氧化,尔后在掩膜板的辅助下真空蒸镀Cu纳米锥顶电极,制备出有序的Cu/TiO₂/Ti纳米孔阵列膜忆阻器。初步的性能测试表明,这种新颖的纳米有序阵列结构,可通过调控局域电场的分布以限制导电丝的生长路径,从而大大提高器件的稳定性及合格率。此外还发现,通过调控阳极氧化过程中的电压和电解液温度等工艺参数可以有效控制纳米孔的横向（孔径）和纵向（孔的深度）尺寸以进一步优化器件性能。该研究工作对提高器件的稳定性具有重要的科学意义和应用价值。