信息时代的快速发展使人们对存储器的性能及集成度要求越来越高。随着存储器物理尺寸的缩小,其操作速度、功耗及运行电压等出现了一系列的问题,因此对新型非易失性存储器的研究刻不容缓。研究者根据特殊材料的不同性能研究出了几种性能相对优越的存储器:相变存储器、磁阻存储器、铁电随机存储器及阻变存储器。其中阻变存储器因其结构简单、集成度高、成本低、可靠性好,且与CMOS技术兼容等诸多优点成为众多存储器中的佼佼者,备受研究人员瞩目。经过多年的研究,阻变存储器的整个研究体系虽较为完善,但对阻变机理的解释尚达到统一的认识。电阻的转变一般仅在微观下可视,这对机理的研究造成了阻碍。所幸随着计算机性能的不断提高,计算机模拟已成为科学研究的有利助手。本文通过研究氧化锌（ZnO）基阻变存储器的性能及机理,利用数值模拟对阻变过程及机理进行了探究,为科研人员进行下一步研究提供了参考。首先利用水热法制备出ZnO粉末,然后利用不同的实验参数制备Ag/ZnO/p+-Si器件,并对其阻变性能进行分析。研究结果表明,当无水乙醇为溶剂,煅烧温度为500℃,电极大小为100μm时器件的阻变性能最优,由此得出器件制备的最优参数。根据最优实验参数制备成Ag/ZnO/p+-Si与Cu/ZnO/p+-Si阻变器件。通过对比两种器件的基本电学性能,可知Cu/ZnO/p+-Si阻变器件具有较大的窗口值和较稳定的高阻态（HRS）。为了解释其原理,根据Cu在ZnO的迁移率高于Ag,分析两种类型器件的导电细丝形成后的情况,得出Cu形成的导电细丝更加连续和稳定。Cu/ZnO/p+-Si阻变器件的导电机理可归因于空间电荷限制电流（space-charge-limited current,SCLC）主导。由于底电极材料对器件的性能也有很大的影响,在Cu/ZnO/p+-Si阻变器件的基础上,我们制备了Cu/ZnO/Pt阻变器件。与Cu/ZnO/p+-Si器件相比,该器件具有更高的稳定性,但窗口值小于10。为了解释该问题,我们对Cu/ZnO/Pt器件在不同状态下的导电细丝的生长情况进行了模拟。模拟结果表明:（1）导电细丝由铜原子与氧空位共同主导;（2）器件的窗口值小及负向RESET的出现是由氧空位形成的导电细丝被大部分保留导致的。通过分析以上模拟结果可知:抑制氧空位导电细丝的生长是提高Cu/ZnO/Pt器件窗口值和电学性能的关键,因此我们缩小了顶电极的面积并制备了新的Cu/ZnO/Pt器件。测试结果表明,该器件具有自限流自整流的非对称性阻变现象,且其循环稳定性、阻值的一致性良好,窗口值也有了很大的提升。在较小电压值区域,Cu/ZnO/Pt器件的导电机理由欧姆导电机制主导,其他电压值区域为SCLC和陷阱控制的空间电荷限制电流（trap-filled SCLC）导电机制控制。为了进一步解释该器件的阻变机制,我们利用数值模拟的方法对器件的阻变过程进行了模拟研究。模拟结果表明Cu/ZnO/Pt器件的阻变过程是由铜原子与氧空位共同主导。当施加正向电压时,氧空位在低电压区起主导作用,导电机制可归因于电子通过氧空位跃迁;随着电压的逐渐升高,铜原子形成的导电细丝开始起主导作用,当该导电细丝从Cu电极延伸到Pt底电极时,导电通道形成,使得器件从HRS转变到低阻态（LRS）;施加反向电压时,导电细丝开始从Pt电极处断裂,器件由LRS转变回HRS。以上研究结果表明,减小顶电极面积后制备的Cu/ZnO/Pt阻变器件的一致性优良,具有产业化生产的潜力。数值模拟方法可以模拟阻变器件的阻变过程,通过深入分析器件导电细丝形成的微观过程可明确解释阻变机理,这为后续器件机理的深入研究提供思路。