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半导体逻辑器件和存储器件是集成电路中最重要的两个部分。近年来,随着集成电路工艺的发展,半导体存储器件的特征尺寸已经缩小到30nm以下。在器件尺寸减小和工艺改进的同时,也带来了新的材料、结构和物理问题。为了提高存储器件的性能,寻找可以替代动态随机读写存储器和闪存等现有的器件,目前国际上正在研究多种新型器件,包括铁电存储器、磁阻存储器、相变存储器以及阻变存储器(RRAM)。其中,RRAM由于结构简单、读写速度快、功耗低以及与现有CMOS工艺兼容等优点受到了极大的关注。目前,RRAM研究中存在的最大问题是它的导电机理。由于RRAM使用的材料和结构多样性,实验中观察到的器件性能也不尽相同,因此,国际上提出了多种不同的导电机理和相关模型,但是还缺乏一种普适模型,可以很好指导器件的开发和改进。另外,近年发现一些RRAM结构中存在整流特性,这一特性在器件应用中具有重要意义,可以简化RRAM的电路结构。但是,目前我们对整流效应的机理和器件结构的关系还缺乏深入地了解。第三,对器件的应用而言,结构和特性的优化,以及器件的可靠性等是非常重要的,还需要大量的进一步的研究。针对目前RRAM中存在的关键问题,本论文研究硅基高K介质RRAM的制备工艺与特性,包括导电机理、整流特性、温度特性、面积特性、噪声特性和结构优化。具体有：(1)制备了具有不同面积、不同高K介质材料和金属电极的RRAM样品。 (2)对样品进行了电学测量和分析,包括不同温度下的阻态转换和整流等Ⅳ特性,随机电报噪声和1/f噪声特性。(3)提出了一种新的RRAM导电机理和相关等效电阻模型,通过模型与实验结果的比较,提出了一个对应的RRAM工作能带图。本论文的创新结果有：(1)我们发现RRAM的总电阻是由半导体/介质界面、介质层和介质/金属界面三个电阻串联构成,在不同的工作条件和阻态下,各个电阻对Ⅳ特性具有不同的影响。(2)在RRAM的导电机理分析中,我们发现电子的输运需要声子辅助。利用声子辅助模型,所有实验结果能够得到很好地解释。(3)由上述等效电阻模型和声子辅助模型,能够很好解释我们在硅基高k介质RRAM中观察到的整流特性。(4)我们分别对1/f噪声和随机电报噪声特性进行了测量,并对实验结果进行了详细讨论。上述结果,对深入了解RRAM的工作机理,指导器件结构和特性的改进和优化,’促进这一存储器件的开发和应用具有重要的意义。