随着半导体工艺技术的进步和发展,在存储器领域里,占主流的Flash技术已经越来越难以满足市场的需求,其操作电压高、写入速度低、存储密度小等问题日益突出。作为下一代非易失性存储器的典型代表,阻变存储器由于具备能耗低、存储密度高、操作速度快、抗疲劳特性好等优点,得到了广泛关注。二元金属氧化物由于成分简单、易于制备、与CMOS工艺兼容等特点被大量研究。为了提高器件的阻变性能,用掺杂来改善材料组分和引入多层结构是两种最常见的有效方法。本论文通过制备基于HfO₂、ZrO₂和ZnO等二元金属氧化物阻变存储器（RRAM）,研究了关于材料组分和器件结构的阻变行为,并对其阻变机制进行了分析。为改善二元金属氧化物RRAM提供了新的思路。1、对基于HfO₂的阻变存储器提出采用改善材料组分的方法来提高其阻变性能。制备ZrO₂与HfO₂的固溶体Hf_xZr_（1-x）O₂（HZO）,采用PLD技术,在Pt/Ti/SiO₂/Si衬底上成功制备了组分比分别为2:8、4:6、5:5、6:4及8:2的HZO薄膜。分别对5种薄膜的I-V特性、抗疲劳特性、数据保持特性、操作电压等参数进行了测试,结果表明Hf_0.5Zr_0.5O₂阻变薄膜的阻变性能最优。器件的开关比达10⁴;抗疲劳特性好,在翻转过程中阻值分布稳定,器件经2500次翻转后仍未失效;数据保持特性良好,保持时间达10⁵ s;操作电压分布密集且数值最小。分析HZO薄膜的导电机制并研究了阻变机理。低阻态时为欧姆导电机制;高阻态低电压区域为欧姆导电机制,高电压区域为肖特基发射机制。研究表明虽然样品在不同状态下的导电机制不同,但其阻变行为可以用导电细丝的形成与断开来解释。2、对基于ZnO的阻变存储器提出采用多层结构的方法来提高其阻变性能。采用PLD技术,常温下,在PET柔性衬底上成功制备了Al₂O₃/ZnO双层阻变薄膜,不同样品Al₂O₃层的厚度分别为1 nm,5 nm,8 nm。对双层薄膜的I-V特性、抗疲劳特性、数据保持特性、抗弯折特性等参数进行测试,结果表明,采用双层结构可以有效提升ZnO薄膜的阻变性能,Al₂O₃层厚度为5 nm时双层薄膜的阻变性能最优。器件开关比达10³以上;翻转次数在200次以上,有良好的抗疲劳特性;操持时间在10³s以上,数据保持性良好;在100次机械弯折后仍保持阻变特性,抗弯折特性良好。研究了ZnO薄膜的导电机制及阻变机理。发现单层ZnO与双层Al₂O₃/ZnO结构具有相同的导电机制,低阻态时为欧姆导电机制;高阻态低电压区域为欧姆导电机制,高电压区域为SCLC机制。其阻变行为均可以用导电细丝模型来解释。