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近年来,电阻变换效应由于在下一代高速度、高密度、低功耗不挥发型存储器方面的潜在应用而引起了科学界的极大的关注。至今,已经在多种氧化物中发现了电阻变换效应,但是,要实现电阻变换的器件应用,仍然有不少问题需要解决。一方面电阻变换的性能还有待提高；另一方面由于器件结构与制备方法的不同导致结果的多样性,表明其电阻变换机制依然有待深入理解。本文针对电阻变换材料与器件应用研究中存在的一些关键问题,通过改进制备工艺与样品结构等方法对电阻变换效应及其性能进行优化,并探索电阻变换效应的机理。主要的结论如下：1.利用PLD法在0.7%Nb:SrTiO3（NSTO）上制备了TiO2薄膜,分别采用Ag和In做上下电极,构建了Ag/TiO2/NSTO/In器件。该器件表现出稳定可逆的双极性电阻变换特性,在-5V的反向电压和3V的正向电压下,以-0.5V为读出电压,可获得2000左右的电阻变换比值。而且,通过改变最大正向电压或反向电压可将器件电阻变换到不同的电阻态,以实现多级存储。由导电机制分析可知高低阻态的I-V曲线均满足空间电荷限制电流机制,提出了载流子注入-束缚／解束缚模型用于解释其电阻变换效应。2.利用PLD法在NSTO衬底上沉积了80nm的YSZ薄膜,其Pt/YSZ/NSTO异质结表现出稳定的双极电阻变换。以-0.1V为读出电压,施加+3V和-4V脉冲电压,电阻变换比率为105。此外可以通过设置适当的电压脉冲调制多级电阻状态。Pt/YSZ/NSTO异质结的导电机制与陷阱控制的空间电荷限制电流（SCLC）机制有关,电阻变换的机制可以归因于由载流子注入引起的YSZ/NSTO类肖特基结的调制变化过程。3.利用PLD法制备了NiO、SrTiO3薄膜,构筑了Ag/NiO/NSTO、 Ag/SrTiO3/NiO/NSTO等异质结,结果显示单层的NiO薄膜可获得103左右的电阻变换比值,但是其保持性有待改进。将SrTiO3层插入到NiO薄膜上,获得了优异的电阻变换效应,电阻变换比值超过了104,且电阻状态的保持性得到了很大的增强,展示出不挥发的特性,这种绝缘层／半导体叠层结构为设计新型的阻变存储器提供了新的思路。4.利用PLD法在NSTO衬底上分别制备了ZnO, CeO2薄膜和CeO2/ZnO异质结。CeO2/ZnO异质结在-0.5V读取电压下可得到高达104的开关比率,并且数据保存时间有望达到10年,远优于ZnO和CeO2器件。而且通过改变外加电压的最大值可以获得多级电阻状态,显示了在高性能非挥发性多级存储器方面的应用潜力。Ce02/ZnO异质结优异的电阴变换特性归功于陷阱调控的空间电荷限制电导和CeO2/ZnO界面与ZnO薄膜内氧空位引入的陷阱中心处的载流子注入-俘获/释放。5.利用PLD法制备了Ag/Zn1-xMgxO/NSTO/In器件。结果显示,提高Mg掺杂含量能够改善电阻变换性能,使电阻变换比率从1（x=0）增加到103（x=0.4）。Zn0.6Mg0.4O/NSTO器件表现出高电阻变换比率、多级存储、重复性好、保持时间长等优异特性。其电阻变换效应应当来源于Zn0.6Mg0.4O/NSTO界面和Zn1-xMgxO薄膜中适当的氧空位作为陷阱中心的载流子注入-俘获／释放过程。这一研究有助于进一步理解带有电子陷阱中心的氧化物薄膜的双极性电阻变换效应的物理机制,并在下一代非挥发性存储器方而显示出应用前景。6.利用PLD技术在NSTO衬底上外延生长了ZnO/BaTiO3薄膜,制备了Pt/ZnO/BaTiO3/NSTO划质结,观测到其典型的双极型电阻变换效应。在脉冲电压作用下,其电阻可以在低阻态和高阻态之间切换。导电机制和能带结构分析显示,其电阻变换效应来自于铁电极化翻转对耗尽区宽度和势垒高度的调控。该划质结在正向电压读取下开关比高达105,同时具有优异的保持力和抗疲劳特性,在非易关性存储器方面具有潜在的应用价值。7.利用PLD法制备了Nd0.05Bi0.gsFeO3（NBFO）/NSTO划质结器件,该器件在电压扫描或电压脉冲下均显示出双极性的电阻变换效应。在-8V/5V的脉冲电压下,可获得超过600的电阻变换比值,改变脉冲电压的大小可获得多级存储性能,并且具有较好的时间保持性与抗疲劳性,在阻变存储器方面有着较高的潜在应用价值。对其电输运特性的分析可知在正向电压区空间电荷限制电流机制为主导,而在反向电压区的高阻态中肖特基发射机制起主导作用。用载流子注入-束缚／解束缚过程以及铁电极化场效应的作用解释了电阻变换的机理,即氧空位充当了束缚中心,在电阻变换过程中改变了NBFO/NSTO界面势垒的高度与宽度。8.利用PLD法制备了Pt/BaTiO3/NSTO异质结,研究了该异质结的电阻变换效应。结果显示：当施加5V/-10V的循环扫描电压或脉冲电压时,电阴变换比值可达到103左右。通过改变Set或Reset电压的大小,电阻可在多个电阻态之间切换,可用于多级存储。电阻状态的低电压读取,可靠的重复性与长时间保持性显示出在下一代非破坏性不挥发存储器的巨大应用前景。同时,通过第一次电压循环扫描过程以及对高阻态和低阻态的导电机制分析,推论得知Pt/BaTiO3/NSTO的电阻变换与BaTiO3/NSTO的界面势垒的调制有关,BaTiO3的铁电极化效应与由于氧空位而引起的载流子注入-束缚/解束缚过程都对电阻变换均有贡献。9.利用PLD法制备了Pt/La0.7Sr0.3MnO3（LSMO）/NBFO/NSTO/In的P-F-N型异质结,该样品表现出双极性电阻变换效应,所需的Set/Reset电压为2V左右,电阻变换比值约为60,并表现出较好的稳定性。结果分析表明铁电场效应控制超薄铁电势垒的极化翻转,半导体表而态可以在多数载流子堆积和耗尽两种状态间转换为其主要的机制。10.利用PLD法在LSMO/NSTO异质结上外延沉积了多铁NBFO薄膜,制备了Pt/NBFO/LSMO/NSTO异质结,研究了该异质结的电阻变换效应。在正负2V的脉冲电压下获得了超过102的电阻变换比值,并且表现出较好的稳定性与时间保持性。分析表明该异质结电阻变换可能来源于NBFO的铁电场效应作用,从而改变LSMO/NSTO的界面耗尽层宽度。