随着集成电路工艺技术节点的不断微细化,基于电荷存储机制的Fl ASH非挥发性存储器在高密度、高速度等方面优势不再明显。阻变存储器(RRAM)则由于具有操作电压低、读写速度快、重复操作耐受性强、存储密度高、数据保持时间长等诸多优点,被誉为下一代非挥发性存储器最有力的竞争者。阻变存储器虽然具有高密度存储的潜能,但是当前的研究也存在着诸多的问题,如无源阻变的串扰问题、不易3D集成、不易多值存储等。此外,氧化铪基阻变存储器是半导体存储器领域的研究热点,但关于高密度存储方面的研究则相对较少。基于以上考虑,本论文开展了基于氧化铪的无源高密度阻变存储和多值存储特性的研究。具体内容如下:(1)制备了W/VOx/Pt选择性器件与Ti/Hf Ox/Pt双极型阻变器件,分别研究了单个器件相变开关特性及阻变特性,之后研究了上述两种器件串联起来形成1S1R器件的电学特性。结果表明占用更小单元面积的1S1R器件可以用于交叉阵列中一定程度上解决串扰问题,提高器件的读宽裕度,进而扩大交叉阵列的尺寸,此外还具有3D集成的可能;(2)分析了基于通孔结构Ti/Hf Ox/Pt双极型阻变器件的互补结构(CRS)阻变特性的原理,根据单个阻变器件的实验结果模拟了互补结构的Forming过程、互补I-V特性、分立器件的I-V特性、读操作、脉冲测试等电学特性,模拟计算了基于上述互补结构模型形成交叉阵列时单个器件的Set电压与Reset电压需要满足的关系;(3)构建了Cu/Hf Ox/Ti N双极型阻变器件,通过调节Set过程中的限制电流或Reset过程中的截止电压分别研究了Cu/Hf Ox/Ti N的多值存储存储特性,研究表明Set过程中采用不同限制电流产生不同的强度的Cu导电细丝,而Reset过程中采用不同的截止电压会调制肖特基势垒高度。