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忆阻器具有高集成度、高速度、低功耗等优势，基于交叉阵列结构的高密度忆阻器阵列在非易失存储、逻辑计算和神经形态计算应用上具有非常重要的前景。然而，交叉阵列中存在的泄露电流限制了大规模阵列的实现，是忆阻器走向实用的主要瓶颈之一。为突破泄露电流的瓶颈，本文针对电流突变型选通器件展开器件原理、设计、制备和表征分析等研究，提供高性能的选通器件方案。论文的主要工作如下：
第2章对各种类型的选通器件原理与特性进行了较为全面的总结，并分析对比各类器件的优缺点。本章节第一部分首先简要介绍了忆阻器交叉阵列中的泄漏电流和解决方案，引出研究选通器件的意义，并概述选通器件的理想特性，用于指导后续的研究工作。第二部分主要综述了电流连续型选通器件的原理与特性。第三部分主要综述了电流突变型选通器件的原理与特性。第四部分并通过仿真分析了电流连续型选通器件的主要问题，指出该类器件不适合用于大规模忆阻器阵列，并比较分析电流连续型与突变型选通器件的特点，确定电流突变型选通器件作为本课题的研究方向。
第3章通过对电流突变型选通器件和忆阻器的集成单元阵列仿真，研究了一种用于电流突变型选通器件的设计准则，为针对特定忆阻器的选通器件参数选择提供思路。本章节第一部分详细论述了阵列仿真的阵列模型，其中仿真针对交叉阵列中的最坏情况考虑，主要采用1/2和1/3电压施加方案，仿真方法是matlab矩阵求解。第二部分详细论述集成选通单元的忆阻单元模型，包括忆阻器模型、电流突变型选通器件模型和集成单元模型。第三部分确定了电流突变型选通器件的设计准则，首先在理想情况下，确定选通器件应该具有的关态电阻和开态电阻，保证能够抑制泄漏电流和正确操作；然后考虑到实际器件中阈值电压的波动问题，分析波动性的不利影响，并通过仿真分析器件在不同的电阻条件下，阈值电压应该满足的范围。
第4章研究了基于SiTe的可编程金属化选通器件的设计与制备工艺，重点研究了退火工艺和多层结构对器件性能改善的影响。本章节第一部分主要介绍了器件的设计方案，包括材料选择、结构设计的考虑。第二部分介绍了器件制备流程及过程控制，然后通过表征手段评估是否符合设计预期。第三部分主要对器件的电学特性表征测试，基于SiTe材料的可编程金属化的选通器件实现了易失的阈值开关特性，而且通过退火消除薄膜中的缺陷提高了器件的选择比和耐久性；利用多层结构实现了选择比的进一步提升，并且降低了器件的波动性，分析了器件性能优化的原因，并与其他已公布的可编程金属化选通器件特性对比。
第5章研究了基于富Se的GeSe的双向阈值开关选通器件的设计与制备工艺，重点研究了退火和掺杂N元素对器件性能改善的影响。本章节第一部分主要介绍了器件的设计方案，首先从该类器件的原理出发，通过调整元素配比增强原子结构稳定性，并简要介绍了器件结构和工艺的选择方案。第二部分简要介绍了器件制备和表征的手段。第三部分主要是对器件的电学特性表征测试，基于GeSe材料的双向阈值开关选通器件实现了易失的阈值开关特性；然后通过退火消除薄膜中的缺陷，提高了器件的选择比和耐久性；最后又利用掺杂N元素的工艺增强材料中原子的结构稳定性，进一步降低了器件的波动性，并与其他已公布的双向阈值开关选通器件特性对比。
第2章对各种类型的选通器件原理与特性进行了较为全面的总结，并分析对比各类器件的优缺点。本章节第一部分首先简要介绍了忆阻器交叉阵列中的泄漏电流和解决方案，引出研究选通器件的意义，并概述选通器件的理想特性，用于指导后续的研究工作。第二部分主要综述了电流连续型选通器件的原理与特性。第三部分主要综述了电流突变型选通器件的原理与特性。第四部分并通过仿真分析了电流连续型选通器件的主要问题，指出该类器件不适合用于大规模忆阻器阵列，并比较分析电流连续型与突变型选通器件的特点，确定电流突变型选通器件作为本课题的研究方向。
第3章通过对电流突变型选通器件和忆阻器的集成单元阵列仿真，研究了一种用于电流突变型选通器件的设计准则，为针对特定忆阻器的选通器件参数选择提供思路。本章节第一部分详细论述了阵列仿真的阵列模型，其中仿真针对交叉阵列中的最坏情况考虑，主要采用1/2和1/3电压施加方案，仿真方法是matlab矩阵求解。第二部分详细论述集成选通单元的忆阻单元模型，包括忆阻器模型、电流突变型选通器件模型和集成单元模型。第三部分确定了电流突变型选通器件的设计准则，首先在理想情况下，确定选通器件应该具有的关态电阻和开态电阻，保证能够抑制泄漏电流和正确操作；然后考虑到实际器件中阈值电压的波动问题，分析波动性的不利影响，并通过仿真分析器件在不同的电阻条件下，阈值电压应该满足的范围。
第4章研究了基于SiTe的可编程金属化选通器件的设计与制备工艺，重点研究了退火工艺和多层结构对器件性能改善的影响。本章节第一部分主要介绍了器件的设计方案，包括材料选择、结构设计的考虑。第二部分介绍了器件制备流程及过程控制，然后通过表征手段评估是否符合设计预期。第三部分主要对器件的电学特性表征测试，基于SiTe材料的可编程金属化的选通器件实现了易失的阈值开关特性，而且通过退火消除薄膜中的缺陷提高了器件的选择比和耐久性；利用多层结构实现了选择比的进一步提升，并且降低了器件的波动性，分析了器件性能优化的原因，并与其他已公布的可编程金属化选通器件特性对比。
第5章研究了基于富Se的GeSe的双向阈值开关选通器件的设计与制备工艺，重点研究了退火和掺杂N元素对器件性能改善的影响。本章节第一部分主要介绍了器件的设计方案，首先从该类器件的原理出发，通过调整元素配比增强原子结构稳定性，并简要介绍了器件结构和工艺的选择方案。第二部分简要介绍了器件制备和表征的手段。第三部分主要是对器件的电学特性表征测试，基于GeSe材料的双向阈值开关选通器件实现了易失的阈值开关特性；然后通过退火消除薄膜中的缺陷，提高了器件的选择比和耐久性；最后又利用掺杂N元素的工艺增强材料中原子的结构稳定性，进一步降低了器件的波动性，并与其他已公布的双向阈值开关选通器件特性对比。