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随着微电子工艺技术的不断发展，特别是薄膜制备技术的进步，薄膜阻变器件表现出了稳定的高、低电阻转换特性。由于阻变器件电流.电压呈非线性、电阻状态具有保持特性，根据其特性不同，阻变器件可以应用于多个领域。本论文主要针对阻变器件的存储应用、开关应用展开研究和讨论，重点研究了适于嵌入式应用的阻变存储器。
近年来，随着SoC技术的发展，嵌入式存储器作为SoC的一个重要模块日渐成为研究热点。嵌入式系统要求存储器件具备低功耗、低电压、高速、高可靠性的特点。而闪存在未来嵌入式应用方面存在很多技术挑战如可靠性差、速度慢、工作电压高等。为了解决这些问题，本论文研究开发了两类嵌入式阻变存储器件，一类是基于改性氧化硅的阻变存储器，一类是与DRAM工艺比较兼容的氧化钽阻变存储器。在CMOS后端工艺中，通过控制PECVD过程的反应气体的流量比，进行氮元素掺杂，对氧化硅改性，成功制备出了氮氧硅阻变存储器。该器件表现出了较好的存储性能：转换电压低(约1V)、开关比高、保持特性好、耐久性好、实现了全硅集成，非常适合潜入式系统应用。在此基础上，深入分析了改性氧化硅阻变存储器的传导和转换机制，根据机制分析，提出了改变电压操作模式的方法来提高阻变存储器的稳定性。采用双极操作模式，改性氧化硅的耐久性、器件的操作电压以及电阻态的分布都有了明显的改善。此外，开展了氧化钽阻变存储器件的研究，制备出单、双极氧化钽阻变存储器。进一步针对阻变存储器阻变转换极性控制的问题，通过实验对比、理论分析，找到了影响阻变转换极性的关键工艺参数，提出了阻变存储器的极性控制工艺方法，并通过实验进行了验证，为基于不同转换极性的阻变存储器的应用提供了设计指导。
目前许多金属氧化物阻变存储器都表现出了优异的存储特性，可靠性问题成为其未来产业化应用的主要问题。为了合理地对阻变存储器件进行寿命预测，提出了温度、电压、耐久老化应力加速实验方法。通过实验结果的统计性分析，找到了影响存储状态的关键参数，并提出寿命预测的经验公式，可以很好地预测阻变存储器件的set速度和高阻态保持时间。另一方面，针对阻变存储器是否可以在空间应用的问题，进行了阻变存储器的辐射实验，得到了阻变存储器辐射效应与器件尺寸、介质层厚度、存储状态的关系，为阻变存储器抗辐射加固技术提供了依据。
针对纳米级电路高密度集成的问题，发挥阻变器件结构简单、高开关比、低导通电阻、陡直开关的特点，尝试把阻变器件应用于多种开关领域，如存储阵列选择电路、纳米级集成电路的ESD保护电路、RF接收发射转换开关电路等，为高密度纳米级电路集成提供了新思路。制备出的超陡整流转换开关与阻变存储器的工艺兼容，可以用于十字交叉存储阵列，有利于发挥出阻变存储器高密度三维集成的潜力。通过CMOS后端工艺实现的阻变ESD保护开关器件漏电小、泄流能力强(>126V/μm2)、可三维集成，显著地减小了ESD保护电路所占的面积，为纳米尺度电路ESD保护提供了新的思路。基于阻变器件的RF T/R转换开关，具备开关速度快、可靠性高、操作电压低、功耗低、兼容性好等优点，适合高密度嵌入式系统的应用。