忆阻器是近年来发现的新型无源电路元件,因其具有记忆激励历史的特性,而不同于传统电阻、电容和电感器件。近年来纳米尺寸忆阻器受到极大关注,它较之传统CMOS工艺器件,具有结构简单、尺寸小、功耗低、读写速度快等多项优势,更为重要的是其具有实现多值存储的潜力,因此可能成为IT科学、技术和产业新的物理基础,给非易失存储器、高性能多值计算架构、人工类神经元器件等诸多方面带来革命性的变化。忆阻器研究已经成为国际电子学、纳米科学、材料学等领域跨学科研究的重点。本文针对TiO₂记忆电抗器件的制备、特性测试与应用问题进行研究。论文的主要工作如下:论文第二章对忆阻器领域的发展现状进行了综述,并分析了现有研究中存在的不足。论文第三章研究了TiO₂记忆电抗器件的特性。首先介绍了MIM架构TiO₂器件的制备（3.2节）,并通过电特性分析方法和导电细丝机理分析方法,验证了所制备器件的忆阻特性。其中在电特性测试中,首次证实了忆阻器I-V曲线第二类交叉形式的存在。基于这一器件,提出了一种脉冲序列与C-V测试相结合的复阻抗测量方法（3.3节）,通过并发测量,发现了非易失阻性、容性和感性跳变的共存。通过施加不同频率的交流激励,发现记忆电抗器件I-V曲线交叉点随频率变化在伏安特性空间第一、三象限漂移（3.4节）,具体漂移位置同时受到器件中共存记忆电抗分量的影响。上述工作证明了非零交叉现象并不是忆阻器理论存在的缺陷,而是由实际器件中共存的其他电抗分量所致。论文第四章研究了TiO₂记忆电抗器件的两种非理想特性。通过对具有相同初始态的器件施加完全相同的脉冲激励,发现器件具有不同的阻性跳变动态过程（4.2节）;通过脉冲序列与C-V测试的组合并发测量,发现器件的容性分量存在与阻性分量类似的状态随机波动现象（4.3节）。运用导电细丝模型分析发现,上述两种非理想特性的原因是器件中髙导通性缺陷位的随机分布。论文第五章建立了记忆电抗器件的易失特性模型。研究发现记忆电抗器件的易失特性与神经元的长时程抑制过程非常相似（5.3节）,基于这一认识,本文建立了记忆电抗器件易失特性的SPICE模型,并将其应用于神经元的模拟,使基于忆阻器的神经元电路的复杂度和能耗大幅降低。