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随着半导体工艺的快速发展，元器件的集成度越来越高，存储器件尺寸越来越小。忆阻器具有尺寸小，存储量大，存储读取快速和低能耗等优势，有望替代晶体管成为新型的存储设备。TiO2薄膜的良好物理和化学稳定性使其在忆阻器领域具有很好的应用潜力。本论文采用水热法合成技术制备TiO2薄膜，并对薄膜的忆阻特性及其机理进行研究。本论文采用一种新型的氟基水溶液水热法合成TiO2薄膜，通过引入溶胶凝胶法沉积的TiO2种子层提高水热法生长的薄膜的致密度，探索了溶液组成、种子层、生长温度和时间对TiO2薄膜形貌、晶体结构和忆阻特性的影响。通过对比研究水热法生长的TiO2薄膜和溶胶凝胶法沉积的TiO2薄膜的忆阻特性，研究了TiO2薄膜忆阻机制。研究结果表明，预热可以提高溶液中前驱体物种TiF62-水解生成的TiFx(OH)4-x的饱和度，抑制了溶液对TiO2种子层的腐蚀；溶胶凝胶法沉积的单层TiO2种子层的厚度在20-30nm，生长3h得到的TiO2薄膜厚度大约为100nm，薄膜沿（004）高度取向；种子层为生长提供晶核形成活化点，提高了薄膜致密度；F-对Ti的强键合作用在生长过程中可以抑制前驱体物种的水解速度和降低（001）晶面的能量，水解速度慢有利于提高TiO2薄膜的结晶度，较低的（001）晶面能和钛络合物的选择性脱水促进了薄膜取向生长。薄膜的忆阻性能研究结果表明，低致密度TiO2薄膜忆阻器单元会产生漏电现象，开关比（VOFF/VON）减小；增加薄膜厚度会提高TiO2薄膜忆阻器单元的开关电压（VON，VOFF），能耗大；TiO2薄膜的取向结构为忆阻器单元工作时电荷载体的扩散提供通道，降低扩散能，降低了薄膜的开关电压；只有低功函上电极的TiO2忆阻器才显示出较好的忆阻开关性能，采用高功函金属上电极，忆阻器仅表现出半导体的肖特基整流特性，电荷载体扩散应为TiO2忆阻器的基本机制。进一步实验结果表明，在相似的薄膜厚度下，相比于溶胶-凝胶法制备的TiO2多晶薄膜，（001）取向TiO2薄膜忆阻器的开关比高、开关电压低、稳定性更好，说明取向的薄膜改善了忆阻性能。相比FTO衬底，Pt衬底表面平整度好，生长的TiO2薄膜致密度和取向性提高，忆阻器的VON和VOFF降低，稳定性更好，减弱了厚度不均造成的结构缺陷对忆阻性能的影响。