当今世界信息技术的快速发展依赖于非易失性存储器性能的不断提高。为了获得性能更加优异的新型存储器，大量的研究者都在寻找Flash存储器的替代品。在多种氧化物材料中发现的电阻开关现象，由于其在非易失性阻变存储器（ReRAM）中的应用，而得到了广泛的关注。然而其阻变机制仍然不清晰，这成为阻碍ReRAM进一步发展并得以实际化应用的最大障碍。现有的阻变机制基本可以分为电子机制和离子机制两类。相对于离子机制，基于电子机制的阻变效应具有完全消除电形成过程的潜力而增加了阻变特性的稳定性。因此基于电子机制的电阻开关正在逐渐被科研人员和产业界所重视，并且成为当前阻变研究的新热点。典型钙钛矿结构的掺铌钛酸锶（Nb:SrTiO₃）单晶具有卓越的结构和化学稳定性，而且可以通过改变掺杂比或者缺陷量方便地控制载流子浓度和电导率的大小。此外单晶与多晶相比避免了高缺陷密度和晶粒的边界效应引起的复杂现象，阻止阻变特性显现出多层次的行为，且与传统的三明治结构相比，单一的肖特基结构为分析阻变机制提供便利。在这个背景下，本文主要研究了Nb:SrTiO₃单晶肖特基结的电致阻变现象。获得了一些有意义的结果，主要内容如下：发明了一种辅助制备薄膜电极的装置。该装置结构简单，便于操作，能够成功地避免了薄膜电极制备过程中电极粘接和薄膜电极厚度不均现象的发生，为制备出高质量的薄膜电极提供了有力的保证。制备了具有良好性质的In/Nb:SrTiO₃肖特基结和欧姆结。通过溅射工艺制备出了具有良好整流特性的In/Nb:SrTiO₃肖特基结；其次，通过几种不同的制备工艺，制备出电阻率小，欧姆特性良好的In/Nb:SrTiO₃欧姆结。提供了四种制备In/Nb:SrTiO₃欧姆结的方法。对In/Nb:SrTiO₃器件的电致阻变特性进行了研究。在Nb:SrTiO₃单晶中发现、命名反常双极性电阻开关现象并创造性的使用双对称二极管模型解释了出现反常双极性电阻开关的原因；通过对s-In/Nb:SrTiO₃/o-In器件、s-In/Nb:SrTiO₃/s-In器件中电子输运过程的分析，认为载流子俘获与去俘获模型是In/Nb:SrTiO₃结的阻变机制，与传统俘获模型不同的是我们引入了低阻态载流子的隧穿效应。设计了一种二维平面多级阻变存储器，该存储器的平面结构可以将电极的制备过程和阻变层的形成过程有机的结合起来，降低了器件制备的工艺难度、有利于器件的高密度集成且该平面阻变存储具有极高的稳定性、重复性和可明显区分的多级阻态；提出了一种多级阻变源模型，认为不同阻态时氧空位俘获载流子数目得不同，造成了势垒耗尽层宽度的不同，引起了多级阻态现象。以氙灯（复色光）为光源，把器件的光电性质与阻变特性结合起来。通过对In/Nb:SrTiO₃肖特基结不同阻态光伏特性的分析排除了低阻态时的导电细丝机制，进一步确定了肖特基势垒的变化是引起电阻开关的来源；通过对不同研究小组的实验数据进行分析，结合我们的实验结果，澄清了肖特基势垒平均高度和有效高度的区别，提出了不同阻态时，肖特基势垒变化的新模型；通过对In/Nb:SrTiO₃结C-V特性的分析，提出了一种基于耗尽层宽度变化的阻变模型，该模型探讨了俘获机制中氧空位的移动，进一步完善了载流子俘获与去俘获模型。