目前计算机的发展受限于传统冯·诺依曼体系,内存与中央处理器之间的性能鸿沟会导致整体运算效率降低。具有独特体系结构的人脑被认为是最有效的信息处理工具。生物大脑的基本功能,包括感知、学习和记忆功能,是由大量的神经元和突触来完成的。突触功能的仿真被认为是实现神经形态计算和人工神经网络的关键步骤。近年来,双端记忆元件由于其简单的器件结构和高度集成可用于突触仿真引起了科研人员的广泛关注。但如何有效提升记忆元件存储特性以及实现记忆元件功能化应用,如易于集成,低功耗,运行速度快,对光、压力等外部信号响应与识别,仍有很有问题亟待探索和解决。金属氧化物,因其具有优异光、电、磁等多功能特性,易于调控氧离子缺陷态,与传统互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容等特点,被认为是发展高性能记忆元件的理想材料。二维材料（石墨烯）具有一些独特的物理和化学特性（如超高的载流子迁移率、带隙可以调控、机械强度高等）被证实在功能材料器件领域具有重要的应用潜力。将金属氧化物与具有良好导电能力的石墨烯基纳米材料复合,如还原氧化石墨烯（rGO）,通过调控二者之间的界面相互作用,构建具有良好机械性能和导电性能的高性能复合薄膜。目前,已有研究人员对关于铁基氧化物和石墨烯纳米材料在忆阻器中的应用进行研究,但仍有很多问题需要被解决,如操作电压过大,阻变性能切换能力较差,存储量较小等。氧化铁（Fe₂O₃）在光激发下会产生光响应,石墨烯/金属氧化物异质结构也具备光电效应。因此,探索氧化铁/石墨烯复合薄膜在记忆元件中应用的可能性,实现器件的功能化应用是值得研究的。本论文以氧化铁/石墨烯复合薄膜为切入点,探究其在记忆元件中的应用。主要研究内容与结果如下:1.rGO-Fe₂O₃薄膜的制备和表征。以GO为模板层,制备氧化石墨烯（GO）/铁离子(Fe³⁺)复合油墨,将Fe³⁺填充进GO纳米片层通道中,制备不同组分的rGO-Fe₂O₃复合薄膜并对rGO-Fe₂O₃薄膜结构与性能的关系进行探究。2.基于rGO-Fe₂O₃薄膜的忆阻忆容双性能器件的研究。探究rGO-Fe₂O₃薄膜作为记忆材料应用的可能性,基于电荷俘获机制设计并制备了Ag/rGO-Fe₂O₃/Si的“三明治”结构的忆阻忆容双性能记忆元件。该器件具备稳定、平滑和渐变的模拟型阻变行为和明显的忆容特性。此外,还对器件的记忆特性进行探究,结果表明该器件具有操作电压小,高开关比,电流和电容保持时间长等优点,并且可用于模拟突触的增强和抑制行为。基于rGO-Fe₂O₃复合薄膜的忆阻忆容双性能器件的实现,为记忆元件在多存储参量中的应用提供了可行性方案。3.基于rGO-Fe₂O₃薄膜的光电忆阻器的研究。引入外部参数——光,探究基于不同组分的rGO-Fe₂O₃薄膜在光电忆阻器中的阻变行为,以期待实现功能化应用的记忆元件。器件有效提高了光电忆阻器的光电流和开关比,并降低操作电压。基于导电细丝机制,光的调谐使载流子的传输具备可控和稳定的优点,实现了对光信号探测、存储和处理功能,丰富了忆阻器功能化应用,降低了工作能耗。综上所述,我们以GO为模板制备了rGO-Fe₂O₃复合薄膜,探究其在忆阻忆容双性能器件以及光电忆阻器中的应用研究,实现了多存储参数以及功能化应用,为未来记忆元件发展趋势（多存储参数以及功能化应用）提供了实验基础。