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目前，计算机行业仍然采用数字“冯·洛伊曼”结构，即相继执行逻辑处理与存储的操作并通过“冯·洛伊曼瓶颈”(von Neumann bottleneck)将两者连接。随着CPU运行速度以及内存容量的增长，冯·诺伊曼瓶颈问题日益显现出来。CPU与内存之间的流量（资料传输率）与内存的容量或CPU的工作效率相比之下非常小，在某些情况下（当CPU需要在巨大的资料上执行一些简单指令时），资料流量就非常严重的限制了整体的效率。“冯·洛伊曼瓶颈”的结构严重限制了逻辑器件的生产量，并与微电子行业追寻高密度，小尺寸的目标相矛盾。因此，寻找能同时胜任处理与存储功能的逻辑器件成为人们构建新一代存储器的奋斗目标。另一方面，人们一直致力于构建具有学习功能的人造中枢神经网络。包括CMOS器件、量子调控器件、纳米器件和分子器件在内的各种微电子器件被用于模拟这种学习功能。然而，使用这些器件构造的中枢神经网络没有本征学习能力，需要通过软件编程来实现。因此，实现拥有自学习功能、具有电突触特性的器件对发展人造中枢神经网络是极其重要的。 银硫系化合物作为一类多用途的固体电解质材料受到人们的广泛关注。银硫系化合物被认为是数字型忆阻器的典型代表材料，在非易失性存储器领域具有潜在应用价值;银硫化合物具有奇异的线性磁电阻特性，使该材料在磁场探测和信息记录领域具有潜在应用前景;此外，某些银硫化合物具有相对高的热释电系数、较低的热传导率和高电导率，在热电方面的应用也令人瞩目。在本研究中作中，我们研究了两种银硫系化合物银锗碲(Ag-Ge-Te)和银锗硒(Ag-Ge-Se)，对其相变行为与电输运特性进行研究。基于这两种材料制备了多态存储单元，并着重研究了此类存储器件的开关和记忆特性。主要工作如下: 1.首次同时在非晶态和结晶态Ag/AGT/Pt器件中都实现了阻变开关效应，4种可区分的电阻态在AGT薄膜中得以实现。通过TEM研究了非晶态AGT阻变器件的开关机理。通过电场诱导沉积作用，相互连接的Ag2Te析出相导致了阻变器件产生电渗流而实现开关。此外，我们在Pt/AGT/Pt器件中实现了电驱动非晶态至晶态的转变，从而实现了四个电阻态之间的可控转变。以上结果证实了在AGT材料中可同时实现阻变开关和相变开关两种机制，向构建新型的四态存储器件迈出了重要一步。 2.研究了低银含量的银硫系化合物Ag10Ge15Te75的线性磁电阻特性。发现其线性磁电阻系数随着测试温度的降低而升高，并在温度200 K，磁场7T时磁阻值达到110％。线性磁电阻与载流子迁移率呈现出正比关系。利用TEM研究了不同退火温度的AGT薄膜的微结构。发现250℃退火的AGT薄膜较高的线性磁电阻源于镶嵌于AGT非晶基体中的Ag2Te和GeTe4析出相所导致的电导率不均匀分布。 3.在Ag/Ag-Ge-Se/Pt忆阻器上实现了电突触行为。通过单电脉冲调制实现了生物突触学习和记忆的LTP（长时程增强）和LTD（长时程抑制）性能，并对仿生物突触功能的STDP（峰时依赖可塑性）函数进行模拟。研究了AGS忆阻器的四则运算功能。以电突触权重变化量随着脉冲加载次数的变化来实现器件的加减乘除功能。首次引入珠算除法口诀，以5÷4=1.25为例，用十进制计算方法演示了忆阻器小数位的除法计算，从而在AGS忆阻器上同时实现了记忆与运算功能。这一进展在实现同时胜任信息处理与存储功能的器件方面迈出了关键的一步。 4.利用原位TEM分析深入讨论了AGS忆阻器操作过程中的微结构变化。TEM结果证实在外加电场作用下非均匀成核生长的Ag2Se析出相构成了AGS忆阻器的导电通道。在器件关断以后，部分Ag2Se析出相残留在基体当中。第二次器件打开过程显示，Ag2Se析出相可沿残留的Ag2Se晶核生长并最终相互连接形成导电通道。