随着电子产品的不断小型化和电子元件集成度不断提高,对信息存储提出了更高的要求。对于传统的存储器而言,特别是大量电子产品所使用闪存存储器在小型化和高集成度的进程中遇到瓶颈,其二氧化硅厚度不断减薄致使漏电流密度的增大,最终导致存储信息流失。忆阻器是近几十年来发展起来的一种新型存储器,它通过电阻的跃变和恢复来实现信息的存储,其不仅功耗小、存储密度高,而且具备制备工艺简单和延展性好。凭借新材料的发现、器件结构的设计和与其他电子器件（纳米发电机、场效应晶体管、振荡器等）的结合,忆阻器的研究取得重要的突破和进展。因此,忆阻器被认为是取代闪存器件的最有前景存储器。然而,忆阻器本身也面临一些挑战,例如,忆阻器控制参量多,忆阻器存储单元间和单元本身忆阻性能不稳定和忆阻机理还不明确等。其中,忆阻器的机理是这些挑战中最基本的,也是最重要的因素,直接决定忆阻器的开发、控制和应用。自忆阻效应被发现以来,对忆阻机理的研究一直没有停止过。被广泛接受认可的忆阻机理包含两种:导电细丝通道和缺陷态的填充。导电细丝通道模型是通过导电细丝的形成和断开实现电阻跃变和恢复,而缺陷态填充中通过电荷注入缺陷态和从缺陷态中抽取出来,从而达到改变忆阻功能层的电阻状态的目的。这两种阻变机理能够较好的解释大部分纳米忆阻器中观察到的忆阻现象,然而从忆阻功能层材料种类上看,不仅含有过渡族金属氧化物,掺杂半导体,天然有机物和合成有机物;此外,忆阻机理机制的研究只局限于纳米尺度,对块体材料或者近块体材料的忆阻机理研究还处于空白状态,更为重要的是,研究忆阻机理机制中确很少考虑外界环境的影响。本文主要围绕有机无机忆阻功能层材料、功能层尺度、器件结构设计和外界环境影响四个方面,对出现的忆阻现象的机理机制展开深入研究,其内容包含以下几个方面:首先,我们通过水热方法合成由MoS2纳米薄片自组装形成的空心微米球,通过旋涂的方法在氧化铟锡薄膜导电玻璃（ITO）上制备厚度为几十微米量级的MoS2功能层,最后通过掩膜法制备金属Ag上电极,即忆阻器件的结构为Ag/MoS2/ITO。电流-电压（I-V）曲线测量表明,制备的微米器件具有双极型忆阻效应,其高阻态（HRS）与低阻态（LRS）的比率约为104量级,忆阻器循环次数接近200。对其I-V曲线进行拟合,拟合结果表明,该MoS2制备的忆阻器件在HRS区域由空间限制电流,即缺陷态电荷填充行为主导;在LRS区域由欧姆机理主导。通过对器件的截面能谱扫描电镜（Energy dispersive X-ray Spectroscopy）分析可知,由于微米球的疏松堆积产生大量缝隙,金属Ag电极制备过程中通过这些缝隙在距离ITO下电极为百纳米量级或者更小的范围内对忆阻效应产生贡献。此外,对没有生长电极的MoS2/ITO样品进行I-V测量同样可以观测到明显的忆阻效应,说明,连接微米球之间MoS2纳米片层接触产生的晶界,电荷在这些晶界的转移同样对忆阻效应有贡献。因此,对准微米量级MoS2制备的忆阻器件由电荷晶界转移、金属Ag导电细丝通道和电荷界面缺陷态填充共同主导观察到的忆阻效应。其次,为避免微米器件中纳米通电细丝的形成,我们通过水热的方法制备超长的MoSe2掺杂的半导体Se微米线,其长度为500微米,直径为2微米。为减弱界面的影响,我们在SiO2基底上制备金属Au电极,通过四探针测试平台,挑选出单根较长的微米线,然后覆盖一层金属Ag电极,即器件的结构为Ag-Au/MoSe2-doped Se/Au-Ag。对其I-V测试表明,制备器件具有明显稳定的忆阻效应,同时具有连续性的置位（SET）和复位（RESET）,因此该微米器件属于电子型忆阻器（ERSMs）。通过对其I-V曲线的拟合,结果表明,在LRS和HRS都由电荷缺陷态填充/抽取主导。再次,以过渡族金属氧化物TiOx为代表,研究其纳米尺度的忆阻行为。将异丙醇、异丙醇钛、盐酸混合制成前驱体溶液,再在F掺杂的SnO2导电玻璃（FTO）或者Pt/SiO2/Si衬底上旋涂制备55nm的TiO2薄膜,经过退火850K退火3小时,然后通过掩膜版制备金属Ag或者Au电极,I-V曲线表明,该器件具有明显的忆阻和负微分电阻共存效应,这种共存效应可以由外界空气湿度调控。对比Ag/TiOx/FTO,Au/TiOx/FTO和Ag/TiOx/FTO器件的忆阻效应,我们得出具有竞争的导电Ag细丝通道和氧空位迁移形成的导电通过主导了忆阻和负微分电阻共存效应。外界水分子在与表面氧空位（Vo）、亚表面氧空位作用下分解出氢氧根（OH-）,其在外加电场作用下沿着TiOx薄膜晶界移动,加速了Ag电极氧化产生的Ag+和Vo迁移,增强了其忆阻和负微分电阻室温共存效应。最后,在有机物制备的纳米薄膜器件中,我们使用10%H2O2使得蛋清（egg albumen）的混合溶液为前驱体溶液旋涂在柔性衬底ITO电极上,然后利用掩膜版制备金属Ag上电极,即器件结构为Ag/Egg Albumen/ITO。I-V曲线测量表明,制备器件具有良好的忆阻效应。该器件在经过大角度弯折次数大于103,HRS/LRS大于104,循环次数可高达900次。通过红外光谱分析,蛋清中蛋白链被H2O2氧化后发生断裂重组,使得其包裹的Fe3+、Na+、Na+等离子暴露在蛋白质链之外,形成新的缺陷态,增强了蛋清薄膜的忆阻效应。本文从材料、结构、尺寸和环境四个方面研究了忆阻器机理,在微米尺度下,观察到的是由电子逐渐填充主导的电子型忆阻行为;在纳米尺度下,界面电子输运、阴（阳）离子迁移、缺陷态填充对忆阻有贡献,同时受到环境影响。