以Flash为代表的经典浮栅型非挥发存储器已经取得了巨大成功,但随着工艺尺寸的不断缩小,尤其是到22nm技术带以下,Flash将到达其物理极限。为发展下一代能够接替Flash的非挥发存储器,一些新型存储技术如雨后春笋般涌现。其中,成长最为迅速的阻变存储器(RRAM)备受存储业界关注。目前很多材料都发现具有电阻转变特性,包括过渡族金属氧化物,钙钛矿结构的三元或四元含氧化合物,以及有机薄膜材料。在选择哪种材料作为功能材料时,与标准CMOS逻辑工艺相兼容是一个重要的考虑因素。当前,阻变存储器面临的主要瓶颈是功耗大,其中擦写电流在毫安量级,低阻值在lkohm以下,以及擦写电压3伏以上,器件的电学参数均匀性差,以及可靠性等问题。针对RRAM发展过程中遇到的问题,我们基于AI互连体系提出了一套解决方案。首先我们基于AI互连后端工艺,研究了TiOx基RRAM器件的阻变特性,并研究了不同的电极和氧化时间对器件性能的影响,最终发现功函数较高的电极可以获得较稳定的阻变性能,氧化时间的增加有助于降低器件的功耗；其次提出了N掺杂的AIOx基RRAM存储器,发现其操作电压极低,在0.5V以下,endurance1000次以上,具有低功耗的优势,并研究了不同的N含量对器件性能的影响。接着,针对AION器件,我们研究了电流set过程对reset电流的影响,发现通过电流set可以明显降低reset电流到50uA以下,并分析了其内在原因。然后我们通过恒流操作表征了其数据保持能力,并采用阻抗分析的方式研究了其导电性,在机理方面取得了一定的研究成果；最后,我们提出了WOx/AION双层结构RRAM存储器,发现其reset电流可以低至10uA以下,相比单层结构提高了高低阻态,实现了多值存储,接着我们通过测试其交流电容和交流电导表征了其导电性,最后我们分析了其抗噪声能力,并通过随机电报噪声测试结果分析了其不同阻态下的稳定性问题。