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当今非易失性数据存储技术具有高密度、低功耗、读写速度快及低成本等特点。随着大数据时代到来临，传统的数据存储技术或将面临具大的挑战。然而，以硅半导体为基础的集成电路规模已接近其物理极限。因此必须开发新型存储技术以满足日益增长的信息存储需求。在各种新型存储技术当中，以阻变效应为物理基础的阻变存储器技术被广泛关注。
本研究以氧化物材料为研究对象，采用磁控溅射法和溶胶-凝胶法制备氧化物薄膜。运用XRD技术、紫外-可见光透射光谱和I-V测量分别对样品的晶体结构、光学特性及电性能进行分析研究。对于样品的阻变特性，研究了基片，退火温度及气氛等因素带来的影响。主要的工作包含以下四个方面：
第一，利用磁控溅射法在FTO基片上制备NiO薄膜器件，研究其阻变性能。器件的阻变特性为双极型阻变。正电压作用下会发生由低阻态到高阻态的转变，在负电压作用下则会发生由高阻态到低阻态的转变。然而这一结果与个别文献所报道的NiO薄膜器件的阻变规律相反。对此，通过比较器件结构的差异并利用金属电极功函数理论对上述现象进行了解释。NiO器件没有表现出很好的疲劳特性。在前10次测量中高/低阻态比可达两个数量级，其后的测试中高/低阻态比逐渐减小并在第25次测量变为一个数量级。当测量次数大于125次，高/低阻态比再次逐渐减小至1。通过对器件在发生疲劳前及疲劳后的传导基制进行分析，解释了器件疲劳发生的原因是NiO薄膜的陷阱能级在电场作用下的变化的可逆性随着测量次数的增加而逐渐消失。
第二，利用磁控溅射法分别以云母、铝箔及FTO为基片和利用溶胶-凝胶法以FTO为基片制备ZnO薄膜器件。仅在以铝箔为衬底的器件获得较好的双极型阻变特性。其阻变规律与NiO薄膜器件相同。发现电压测量范围的大小对这一器件的高/低阻态比有影响，更大的电压可提高器件的高/低阻态比。对于以FTO/Glass基片的ZnO薄膜器件，通过改变退火温度和退火气氛来研究器件的阻变性能。实验结果表明提高退火温度或退火气氛中的氧含量可减小ZnO薄膜器件的漏电流。其次，还发现紫外光照射可加强溶胶-凝胶法制备的ZnO薄膜器件的阻变特性。最后，发现直接在Mica基片上制备的的ZnO薄膜具有沿c轴择优取向生长特性。虽然此样品没有表明良好的阻变特性，但可用作为电极材料。
第三，对Au/HfO2/ZnO/Mica柔性器件的阻变特性进行研究。首先，采用磁控溅射法在Mica衬底上直接制备一层ZnO薄膜。所制备的ZnO薄膜具有出线性I-V特性，电流大小为μA级，与商用FTO/glass基片mA级的电流大小对比，其可有效降低器件的功耗。在此基础上，利用溶胶-凝胶法继续沉积一层HfO2薄膜。XRD图谱分析表明ZnO薄膜的晶体结构为六方相，并沿c轴择优生长。HfO2薄膜的晶体结构为立方相。Au/HfO2/ZnO/Mica器件表现出模拟型阻变特性。通过结合金属/半导体接触理论分析发现器件具有模拟型阻变特性的原因是界面处的肖特基势垒在外电场下发生变化所引起的。为此，我们建立了界面电荷积累模型，把器件的阻变特性与界面积累的电荷密度的关系进行定量分析。所建立的模型能够很好地仿真模拟型阻变器件的阻变特性。最后，研究弯曲应变对器件阻变特性的影响。实验结果表明器件在弯曲和平坦状态下的阻变特性存在差异。
第四，对Au/BFO/FTO/器件的阻变特性进行研究。采用溶胶-凝胶法制备BFO薄膜的制备，并通过以退火温度为变量来研究器件阻变特性的变化。XRD图谱分析表明在500℃下退火的BFO薄膜为非晶态，当退火温度大于550℃时薄膜为多晶态。非晶态的BFO薄膜器件具有数字型阻变特性和最大的高/低阻态比，但稳定性差。多晶BFO薄膜器件则具有与HfO2薄膜器件相似的模拟型阻变特性。这样的阻变特性差异可能是由于多晶BFO薄膜器件会与电极接触形成的肖特基式势垒层，传导特性主要受控于界面势垒层，因此阻变特性源于界面电阻的变化。而非晶BFO薄膜器件的阻变特性则是源于整个BFO层。最后，还对在600℃和650℃下退火的BFO薄膜器件进行了光电特性分析。
本研究以氧化物材料为研究对象，采用磁控溅射法和溶胶-凝胶法制备氧化物薄膜。运用XRD技术、紫外-可见光透射光谱和I-V测量分别对样品的晶体结构、光学特性及电性能进行分析研究。对于样品的阻变特性，研究了基片，退火温度及气氛等因素带来的影响。主要的工作包含以下四个方面：
第一，利用磁控溅射法在FTO基片上制备NiO薄膜器件，研究其阻变性能。器件的阻变特性为双极型阻变。正电压作用下会发生由低阻态到高阻态的转变，在负电压作用下则会发生由高阻态到低阻态的转变。然而这一结果与个别文献所报道的NiO薄膜器件的阻变规律相反。对此，通过比较器件结构的差异并利用金属电极功函数理论对上述现象进行了解释。NiO器件没有表现出很好的疲劳特性。在前10次测量中高/低阻态比可达两个数量级，其后的测试中高/低阻态比逐渐减小并在第25次测量变为一个数量级。当测量次数大于125次，高/低阻态比再次逐渐减小至1。通过对器件在发生疲劳前及疲劳后的传导基制进行分析，解释了器件疲劳发生的原因是NiO薄膜的陷阱能级在电场作用下的变化的可逆性随着测量次数的增加而逐渐消失。
第二，利用磁控溅射法分别以云母、铝箔及FTO为基片和利用溶胶-凝胶法以FTO为基片制备ZnO薄膜器件。仅在以铝箔为衬底的器件获得较好的双极型阻变特性。其阻变规律与NiO薄膜器件相同。发现电压测量范围的大小对这一器件的高/低阻态比有影响，更大的电压可提高器件的高/低阻态比。对于以FTO/Glass基片的ZnO薄膜器件，通过改变退火温度和退火气氛来研究器件的阻变性能。实验结果表明提高退火温度或退火气氛中的氧含量可减小ZnO薄膜器件的漏电流。其次，还发现紫外光照射可加强溶胶-凝胶法制备的ZnO薄膜器件的阻变特性。最后，发现直接在Mica基片上制备的的ZnO薄膜具有沿c轴择优取向生长特性。虽然此样品没有表明良好的阻变特性，但可用作为电极材料。
第三，对Au/HfO2/ZnO/Mica柔性器件的阻变特性进行研究。首先，采用磁控溅射法在Mica衬底上直接制备一层ZnO薄膜。所制备的ZnO薄膜具有出线性I-V特性，电流大小为μA级，与商用FTO/glass基片mA级的电流大小对比，其可有效降低器件的功耗。在此基础上，利用溶胶-凝胶法继续沉积一层HfO2薄膜。XRD图谱分析表明ZnO薄膜的晶体结构为六方相，并沿c轴择优生长。HfO2薄膜的晶体结构为立方相。Au/HfO2/ZnO/Mica器件表现出模拟型阻变特性。通过结合金属/半导体接触理论分析发现器件具有模拟型阻变特性的原因是界面处的肖特基势垒在外电场下发生变化所引起的。为此，我们建立了界面电荷积累模型，把器件的阻变特性与界面积累的电荷密度的关系进行定量分析。所建立的模型能够很好地仿真模拟型阻变器件的阻变特性。最后，研究弯曲应变对器件阻变特性的影响。实验结果表明器件在弯曲和平坦状态下的阻变特性存在差异。
第四，对Au/BFO/FTO/器件的阻变特性进行研究。采用溶胶-凝胶法制备BFO薄膜的制备，并通过以退火温度为变量来研究器件阻变特性的变化。XRD图谱分析表明在500℃下退火的BFO薄膜为非晶态，当退火温度大于550℃时薄膜为多晶态。非晶态的BFO薄膜器件具有数字型阻变特性和最大的高/低阻态比，但稳定性差。多晶BFO薄膜器件则具有与HfO2薄膜器件相似的模拟型阻变特性。这样的阻变特性差异可能是由于多晶BFO薄膜器件会与电极接触形成的肖特基式势垒层，传导特性主要受控于界面势垒层，因此阻变特性源于界面电阻的变化。而非晶BFO薄膜器件的阻变特性则是源于整个BFO层。最后，还对在600℃和650℃下退火的BFO薄膜器件进行了光电特性分析。