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21世纪20年代,经历了三次工业革命后的黄金岁月,科学技术飞速发展,智能产品层出不穷,一些譬如人工智能、虚拟与现实技术、物联网、汽车电子等新科技兴起。高速发展的信息技术,对人们对信息的处理的能力要求逐渐提升,呈现出了爆炸式增长的趋势。另一方面,对信息的存储能力也产生了很高的要求,传统的存储器已经逐渐不能满足人们的需求。传统的存储器存在许多限制与缺陷,为了应对这些限制,需要继续研发新的存储器,如相变存储器、磁阻存储器、铁电存储器和阻变存储器（RRAM）等。这些存储器在固态磁盘、存储技术和神经元、存算一体器件等方面受到广泛应用。其中,基于氧化物半导体材料的阻变存储器受到了人们关注。阻变存储器具有结构非常简单、存储密度高、RW（读写）速度快、功耗低、易缩小集成、CMOS工艺可兼容以及易于实现三维集成等优势。从最初的阻变存储器的研究到今天已超过50年,但是目前阻变存储器的阻变机理至今还未明确,仍存在着许多缺点。当前,两种主流的对导电细丝物理机制的解释被大家所认可:一是基于金属元素的扩散形成金属导电细丝通道,一般在活性电极中;二是在惰性电极RRAM中,基于氧空位形成的导电细丝通道。本文将利用第一性原理方法。从微观角度对阻变存储器的阻变机理进行系统研究。主要是对基于Ag/a-SiO2/Pt结构的RRAM器件进行计算、模拟、仿真和分析。为了研究Ag/a-SiO2/Pt结构的RRAM器件的导电细丝形成过程,通过Material Studio软件的CASTEP模块,构造了非晶态SiO2（a-SiO2）模型和Ag/a-SiO2界面模型。以此为基础,计算了SiO2晶体和非晶SiO2的能带、态密度、电子云密度等,并分析了它们的电子特性,结果显示通过高温退火,可以使SiO2晶体变成非晶,此时,其由绝缘体变为半导体。然后研究了Ag离子在非晶SiO2中的迁移势垒、形成能,以及外加电场对Ag离子的迁移的影响,温度对Ag离子迁移的影响,最终根据离子的迁移特性分析基于Ag/a-SiO2/Pt结构的RRAM器件Ag导电细丝形成的难易程度。结果表明,Ag离子在a-SiO2中的迁移势垒较小,容易形成导电细丝,而电场对Ag离子的迁移影响较小,温度升高促进Ag离子的迁移。另外,通过研究Ag、Cu的掺杂效应对Ag离子迁移的影响。我们发现掺杂能促进Ag离子的迁移。接着我们构造了Ag/非晶Si02的界面模型,并通过模拟、仿真、计算、分析其特性,以此来进一步理解Ag/a-Si02/Pt结构的RRAM器件导电细丝形成的机理。通过过渡态搜索（TS search,Transition State Search）的方法,搜索出了Ag离子在Ag/a-SiO2界面中扩散的最优路径,从而确定导电细丝的形成机理。通过研究界面对迁移势垒的影响,我们发现界面促进Ag离子的扩散。同时,考虑到导电细丝的形成过程,我们还研究了掺杂Ag对Ag离子扩散的影响以及多个Ag离子同时扩散时的扩散特性,以此来进一步分析Ag/a-SiO2/Pt结构的RRAM器件导电细丝形成的机理。总之,本文从Ag/a-Si02/Pt结构的RRAM器件的导电细丝形成机理的微观角度进行了探讨,并对基于金属元素导电细丝的RRAM导电细丝的形成机理给予了解释,可为实验研究提供一定的理论指导。第一章对存储器的分类和研究现状以及面临的问题进行了阐述。第二章对阻变存储器的工作机理进行了全面、详尽的介绍,从工作原理、材料、结构等方面介绍了本文的研究背景和理论基础,同时介绍了本文的研究方法。第三章研究了 a-Si02的电子特性和Ag离子在a-Si02中扩散特性,并对掺杂效应对Ag离子扩散的影响进行了研究。第四章对Ag/a-Si02界面的Ag离子扩散进行了详尽的研究。最后,第五章对本文的工作做了总结和对未来工作的展望。