随着大规模集成电路技术的飞跃发展，器件等比例缩小的趋势使闪存在低功耗、可靠性、稳定性等方面遭遇到发展的瓶颈。为了解决这些问题，许多新型存储器，如阻变存储器，磁变存储器，相变存储器、铁电存储器等越来越受到关注。　　阻变存储器是一种结构简单特性优良的新型存储器，通过外加电压或电流信号改变电阻状态以存储信息，一般由顶电极、阻变层、底电极三个部分组成。因为阻变存储器具有结构简单、操作稳定、速度快、制备工艺兼容等特点，近些年来逐渐成为业界的热点。　　制备阻变存储器的材料种类较多，如过渡金属氧化物、硫化物、钙钛矿、有机材料等。TaOx是一种过渡金属氧化物，TaOx阻变存储器因其制备工艺简单、保持特性良好、稳定性高、材料兼容性好等优点被广泛研究。　　TaOx阻变存储器拥有众多优势，非常适合大规模存储器阵列的运用而成为了业界的热点，但离实际运用还有一段距离，主要问题集中在阻变机理的深层面认识、可靠性稳定性研究、阻变存储器阵列中泄漏电流控制、阻变存储器操作极性研究等领域。因此本文在TaOx阻变存储器制备技术、低功耗优化、自整流特性以及操作极性等方面开展了研究:　　1、成功制备出单层和多层结构TaOx阻变存储器，与CMOS后端工艺相兼容。使用了物理汽相淀积、原子束淀积等多种技术摸索出稳定的TaOx制备条件。存储器拥有良好的双极型阻变特性，在上万次循环操作中set电压稳定在1.2V左右，reset擦除电压最低可到-1.2V。实验表明通过调整阻变存储器的reset停止电压和set的限制电流，可以实现阻变存储器的多值存储。　　2、研究多层结构TaOx阻变存储器低功耗特性及自整流特性。制备的SiO2/TaOx多层结构阻变存储器，set限制电流可降至70uA，reset操作电流从最低毫安量级降至200uA以下，进一步优化器件能耗。在多层结构阻变存储器中，利用SiO2层与TaOx层、TiN顶电极之间分别形成的势垒，实现阻变存储器的自整流效应，有利于TaOx阻变存储器在阵列中的运用。　　3、研究材料厚度、工作温度、多层结构与存储器操作极性的关系。通过对比不同材料厚度、不同工作温度的器件以及单层、多层结构的器件发现，温度越高、阻变层材料越厚有助于器件表现出单极操作特性。此外，对氧元素有明显隔绝作用的SiO2层也有助于器件显示出单极操作特性。对阻变存储器操作极性有了更多的认识，为阻变存储器的设计提供了新的思路。