目前,主流的不挥发存储器Flash是基于“浮栅”中的电荷存储来实现信息的存储。“浮栅”的厚度接近物理极限,因为厚度太小难以实现存储电荷,但减小器件的尺寸是不挥发存储器的发展趋势;此外,Flash存在操作电压高、擦写速度慢等不足。因而限制了Flash的应用和发展。因此,一些新型不挥发存储器（如磁存储器（MRAM）、相变存储器（PRAM）、铁电存储器（FRAM）以及阻变存储器（RRAM））受到了广泛关注。在这些新型不挥发存储器中,RRAM具有结构简单、功耗低、耐久性好、数据保持力好、密度高、编程擦写速度快、与CMOS工艺兼容等优点,因而RRAM发展前景较大,是下一代不挥发存储器的有力竞争者。但RRAM器件在稳定性、均匀性、可重复性等方面还有待改善,因此,有必要对RRAM器件进一步的研究。本研究围绕RRAM器件的上述问题,展开对氧化钽、氧化铪RRAM的研究,并以降低器件的写操作电流、提高器件性能（参数）的稳定性和器件均匀性、改善高低电阻比值等作为主要研究目的。主要内容如下:针对氧化钽RRAM器件的写操作电流高,我们通过反应溅射金属钽沉积氧化钽,再利用氧等离子体对氧化钽表面进行氧化,形成Ta₂O₅/TaO_x的二层结构器件,以降低相应器件的reset电流(I_reset)。结果表明,I_reset从20mA降至³0μA。采用XPS谱分析了氧化钽薄膜的成分、元素化学状态等的变化。结合XPS和氧化钽器件的阻变现象,研究其阻变机理,找出了I_reset大幅降低的本质。结果表明,利用氧等离子氧化改善器件性能是一种简单而有效的方法。为了改善氧化钽RRAM器件的稳定性、均匀性、高低电阻比值,需要控制filament的形成与断裂。我们通过改变反应溅射钽所用的氧分压及氧等离子体的作用时间,制备氧离子浓度呈梯度分布的三层结构氧化钽（Ta₂O₅/TaO_y/TaO_x,其中TaO_y的溅射氧分压比为30%、35%,TaO_x的溅射氧分压比为20%）,并采用合适的钳制电流(I_cc),使器件性能得到了优化。经600秒氧化所形成的三层结构器件（Pt/Ta₂O₅/TaO_y/TaO_x/Pt,其中TaO_y的溅射氧分压比为35%,TaOx的溅射氧分压比为20%）,在I_cc为40μA的情况下,I_reset低至⁴0μA,高低电阻比值大于20,参数分布最为集中。比较和分析了三层结构器件（Pt/Ta₂O₅/TaO_y/TaO_x/Pt）以及二层结构器件（Pt/Ta₂O₅/TaO_x/Pt）的性能。根据阻变材料的XPS和所观察到的阻变特性,找出器件性能被优化的原因。在两层氧化钽结构中,控制反应溅射氧化钽可有效控制filament断裂与形成及分布,可以改善器件的均匀性、稳定性等。适当提高反应溅射温度有利于控制氧离子分布。因此,我们利用高温（320℃）反应溅射金属钽和氧等离子体对溅射沉积物进一步氧化,制备了氧化钽器件（Pt/Ta₂O₅/TaO_x/Pt）,进一步优化器件性能。等离子体作用时间增加至720秒、900秒时,器件的性能较稳定、均匀性较高、高低电阻比值可以稳定在10以上。利用电压脉冲测试表明,器件可实现可靠、稳定的高低电阻转换,高低电阻比值也保持在10以上。此外,利用导电原子力显微镜观察了等离子体作用720秒器件的filament形成与断裂过程,进一步证实了filament的形成与断裂,引起了高低电阻相互转变。与室温溅射并经过等离子体氧化的氧化钽器件相比,结合高温溅射和等离子体氧化的氧化钽器件具有更好的均匀性和稳定性等性能。filament断裂与形成的位置直接影响RRAM器件的性能。为了观测氧空位filament断裂与形成在上、下Pt/HfO_x界面对器件性能影响,我们制备了氧化铪的阻变器件（Pt/HfO_x/Pt）。利用正向及反向电压扫描方式,使filament能断裂在Pt与HfO_x间的不同界面。通过观测器件的阻变特性,发现Pt电极和HfO_x界面显著影响其阻变特性。结果为RRAM器件的研究提供了参考。