忆阻器（Memristor）是蔡少棠提出的第四种基本电子元件。其电阻能够依据流过它的电荷量而改变。由于其独特的性能,对它的研究延伸到许多方面。忆阻器以其结构简单、速度快、功耗低、制造工艺与现有的超大规模集成电路芯片生产工艺相兼容等突出优势成为下一代存储器的候选者。然而,在产业化进程中,也面临诸多障碍,其中低功耗、小尺寸问题对功能层材料提出了新的挑战。因而开发性能稳定的新型器件对存储领域在未来发展中起推进作用。忆阻器的另一个是应用仿生研究,如痛觉感受、记忆、遗忘以及突触可塑性等功能。此外,忆阻器可实现生物突触可塑性,应用于神经网络和人工智能等关键研究领域,但仍需要开发模拟新的神经突触功能。针对现存问题,本论文主要进行三项研究:一、利用宽禁带半导体SiC制备结构为Ag/SiC/Pt的器件。通过调节不同的限制电流,实现了阈值特性和双极型电阻开关特性,且在阈值特性和双极电阻的开关特性下,均具有较低的功耗。利用这两个特性可以分别实现模拟生物痛觉和生物突触的特征。在较小的限制电流值下(10-5A),该器件呈现阈值特性,实现了生物痛觉感受器的模拟。这种痛觉感受器通过调节脉冲信号实现了“阈值”、“无适应”和“放松”三个特征,这是生物痛觉最重要的特征。然后通过增大限制电流值(10-3A),该器件实现了双极型电阻开关特性,具备良好的稳定性和较快的响应速度。不同的脉冲信号逐渐调节电阻状态实现完整的生物突触功能（包括尖峰时序依赖突触可塑性、长短期记忆转换、双脉冲易化）。所有这些功能的实现都是由于银导电细丝在SiC薄膜中的形成和断裂。这项工作证明了SiC材料在下一代芯片系统电子器件中的巨大潜力。二、用水热法制备了高质量的2D-BiOBr薄膜,并将其引入到Ag/2D-BiOBr/Pt忆阻器中来制备纳米级的忆阻器。实验结果表明,通过改变刺激脉冲的参数,可以调节忆阻器的电导,并能模拟生物突触功能。同时通过施加电压脉冲获得了器件的兴奋性突触后电流。对Ag/2D-BiOBr/Pt忆阻器的阻变机制进行了探索,所提出的基于二维BiOBr材料的Ag/2D-BiOBr/Pt器件为人工神经突触仿生功能的进步提供了一种可能,为该领域的深入研究提供了依据。三、为了更好优化阻变存储器件的阻变性能,将SiC和二维BiOBr材料的双层混合结构作为器件的功能层。通过将2D-BiOBr嵌入到基于SiC的忆阻器件结构中,进一步提高器件的耐久性和参数均一性。研究了Ag/SiC/Pt和Ag/SiC/2D-BiOBr/Pt器件的开关电压分布、器件的响应速度以及高低电阻比等。对Ag/SiC/2D-BiOBr/Pt器件在导电过程中产生Ag细丝的机理进行了详细的研究。这项研究提供了一种简单的技术方法来提高SiC忆阻器的性能,显示了2D-BiOBr在神经形态器件和神经网络领域的巨大应用潜力。