伴随物联网时代数字信息的爆炸性增长,急需研究用于数据处理的快速且可扩展的新型存储与计算技术。在新兴的存储技术中,基于电阻切换（RS）现象的阻变存储器（RRAM）,由于其简单的金属-绝缘体-金属（MIM）结构、低功耗、长循环寿命、长保持性、低制造成本、超快开关速度和CMOS兼容性而备受关注。到目前为止,虽然人们对不同材料的RRAM进行了广泛的研究来解释所观察到的电阻变化现象,但RRAM的电阻开关机制一直存在争议,如导电细丝（CFs）在其形成、微观结构、组成和断裂等关键问题上。同时,RRAM虽然有着许多优势,但要实现商业化还面临许多必须克服的问题,包括较高的形成电压、较差的开关参数一致性等。离子基RRAM基于其工作原理不同,可分为电化学金属化机制（ECM）/原子开关、价态变化机制（VCM）、和热化学机制（TCM）等。本论文针对开关参数的一致性差问题,从调控导电细丝形成位置、断裂位置及程度、导电细丝数量三个方面入手,对影响原子开关基RRAM器件参数一致性的作用机制进行研究,所开展的主要工作和所获得的主要结果有:（1）控制CFs的位置:固态电解质中阳极金属离子浓度与离子扩散系数决定着器件开关电压及所形成导电细丝的直径。我们采用高能重离子辐照的方法,使用能量为125 MeV的Ta⁵⁺辐照Cu/Ta₂O₅/Pt器件,以调控RS层的密度并制造缺陷或孔隙,降低氧化还原反应的势垒高度,实现大量离子的快速迁移。Ta⁵⁺轰击后生成的横跨RS层的连续缺陷或孔洞可以为CFs提供优先生长的位置,并增加CFs直径,在降低开关电压的同时改善数据的保持性。（2）控制CFs的断裂位置和程度:RRAM在高阻状态（HRS）和低阻状态（LRS）之间转换由CFs的形成/破裂控制。在单层器件中,CFs破裂的位置和程度随机性高,导致RS参数一致性差且HRS不稳定。通过SiO₂/Ta₂O₅结构将CFs的断裂控制在超薄Ta₂O₅层中,降低循环过程中CFs熔解的随机性,制备出了高一致性、稳定性和低压运行的Ag/SiO₂/Ta₂O₅/Pt器件。（3）控制CFs的数量:采用物理气相沉积制备的无机材料往往是无定形结构,其内部形成的CFs多且不易控制。固态聚合物电解质（SPE）具有分子结构易设计、材料体系丰富等优点,容易对CFs的数量进行限制。PVP属于无定形结构,其内部的离子传输通道多,基于PVP的RRAM循环寿命短（少于50次循环）,一致性差。而PVA则是半结晶结构,其内部的离子传输通道少,但基于PVA的RRAM几乎无法进行RS循环。分别通过研究平面器件中的CFs形态和数量,总结出影响RRAM可靠性的因素。将两种特性的材料结合,控制功能层中CFs的数量,获得了高一致性Ag/PVA/PVP/Pt器件。同时,研究了焦耳热对SPE基器件稳定性的影响。