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阻变存储器是一种以功能材料的不同电阻状态存储信息的新型非挥发性存储器，它具有高速、高密度、低功耗、与CMOS工艺兼容等优点，得到了半导体工业界和科研机构的广泛重视。改善阻变存储器的电阻转变的综合性能以满足未来产业化应用的要求是当前阻变存储器的研究重点。本论文主要开展了以下研究工作：
1.阻变器件通常由金属-功能材料-金属(MIM)三层材料组成，其阻变性能不仅与阻变材料的特性相关，而且也与电极组合相关。本论文系统研究了二元金属氧化物材料MnOx在不同的电极材料体系下的电阻转变特性，实验结果表明以Pt为下电极、Al为上电极的器件具有更好的电阻转变性能。证明了Al/MnOx/Pt器件的阻变是由氧空位构成的导电细丝形成和破灭引起的。由于Al容易从MnOx材料中夺取氧，使MnOx中具有更多的氧空位，从而有利于电阻转变。这一研究证明了氧空位在电阻转变机制中的作用，并为改善阻变的性能提供了一条思路。
2.首次提出了一种通过电容放电对阻变存储器进行编程的新方法。传统的编程方法是用直流扫描电压或者脉冲电压作用于电阻转变器件的两端，使之发生电阻转变。器件在编程中的变化类似于介质材料的软击穿，当编程电压足够大时，器件被编程到低阻态，通过器件的电流瞬间急剧增大。常规的扫描电压或脉冲电压编程方法在阻变发生之后会继续施加电压作用于器件，这个多余的电激励会带来副作用：1)使器件的电阻分布范围变大，影响器件的均匀性；2)对器件造成损伤，使其阻变性能退化。一般在操作时为了避免器件在类似软击穿的过程中完全损坏，会限制通过器件的最大电流，但是仍然不能完全消除转变后多余的能量产生的副作用。新的编程方法是利用存储了能量的电容去驱动电阻转变器件从高阻变化为低阻，可以限制对器件所施加的能量。理论分析和实验结果都表明，这种方法能够可靠的驱动器件发生阻变，同时极大的减小有副作用的多余能量，从而能够有效的改善器件的电阻分布和寿命。
3.设计了一个对阻变器件进行编程的新型电路结构。电阻转变的参数有一定随机性，例如在相同的电压作用下，转变时间是不确定的，有研究表明转变时间呈现泊松分布。如果在阻变存储器中使用定幅固宽的电压脉冲驱动阻变器件，则所需要的脉冲数不恒定。同时每施加一次脉冲，都要进行一次读验证操作，这增加了电路的复杂性。新设计的编程电路能够持续的输出写电压直至阻变器件的电阻发生预定的转0，并在转变事件发生后立刻自动撤除电压。
4.基于中芯国际的标准CMOS工艺设计了一个1kb的阻变存储器芯片，包含了完整的存储器功能电路：译码、编程驱动电路、读灵敏放大器和控制电路，能以1bit/次进行读写操作。电路仿真表明了电路正确实现了预计的功能。该设计工作已完成流片，正在进行测试。