随着集成电路技术的发展，在大容量、低成本存储器需求的带动下，基于不断减小的工艺尺寸，崭新的物理存储机制技术开发的新型存储器成为了当前的研究热点。最新常见的新型存储器包括铁电存储器(FRAM)、相变存储器(PRAM)、磁存储器(MRAM)和电阻式存储器(RRAM)，其中电阻式存储器以其制备简单，擦写速度快，存储密度高，半导体工艺兼容性好的技术特点成为了当前国内外新型存储器领域内的焦点。　　 阻变存储器(RRAM)是一种基于阻值变化来记录存储数据信息的非易失性存储器(NVM)器件，当前RRAM的发展仍然处于初步阶段，尽管其存储密度高，操作电压小，可与CMOS技术兼容等优点已经得到验证，但器件的使用寿命和稳定性尚不能满足商业实用要求，器件制备的技术还尚不成熟，而最主要的障碍之一就在于RRAM电阻转变的物理机制仍然不明确，材料自身结构和器件阻变特性之间的关系还不明确，这些原因导致了RRAM尚不能实现商业量产。当前研究的阻变存储器阻变机制主流观点是导电细丝(Conductionfilament)类型导电机制，RRAM电阻转变的过程与细丝的形成和破灭有非常密切的关系，因此对导电细丝的研究非常有必要，这必然要求对阻变材料着重开展研究。HfO2与ZrO2以其良好的阻变特性成为当前的研究热点，在本论文中，我们借助第一性原理软件通过模拟计算手段研究了HfO2与ZrO2阻变材料的材料特性，针对当前这类材料内部缺陷行为机制不清晰的现状，我们对材料内部缺陷的行为及本征缺陷或者外来缺陷对材料电子结构的影响进行研究，并考虑了多个缺陷并存时对材料性质的影响，从缺陷浓度、缺陷迁移、缺陷缔合等角度讨论了缺陷对材料阻变行为乃至器件宏观电学参数的作用。　　 除此之外，阻变材料的电子结构参数成为了制约RRAM关键电学参数的重要因素，对阻变材料研究得到的材料微观参数必须也要与具体实际的RRAM器件参数结合起来。针对当前RRAM器件稳定性不高，使用寿命短等缺点，探究阻变材料在阻变行为中扮演的角色，寻找材料与器件参数的切入点，这也是很多研究者的研究热点。本论文中，我们采用第一性原理计算方法从一个新的角度-缺陷相互作用探究了材料掺杂效应对Al掺杂HfO2RRAM器件转变参数均匀性和操作电压的影响。在掺杂HfO2内部，掺杂元素对其周围的缺陷具有局域化作用和缔合作用，这两种作用影响了附近缺陷的形成与缔合，使得材料中的氧空位趋向于在杂质附近形成并且形成后缺陷会结合成团簇。通过采用材料分态密度(PDOS)计算我们发现这种材料现象有助于器件的阻变过程。对于导电细丝类型的RRAM器件，这些团簇被证明能够辅助乃至控制材料中细丝的生长和断裂。因此A1掺杂HfO2器件的参数均匀性和操作电压性能就得到了较大的提升。　　 综上，本文对二元金属氧化物基阻变存储器展开了一系列模拟研究，文章首先在第一章介绍了常见非易失性存储器的研究现状，研究背景，突出介绍了阻变存储器的原理，结构，应用;接着在第二章重点围绕阻变存储器的阻变方式，阻变材料，关键的器件参数展开描述;第三章重点围绕存储材料HfO2/ZrO2的计算模拟展开讨论，借助第一性原理分析手段对材料的关键参数进行讨论;第四章展开了材料参数与电学参数之间关系的讨论，结合本人的研究成果从新的材料学观点提出了缺陷相互作用对RRAM器件均匀性，速度的影响机制，为RRAM器件的优化提供指导方案;最后，综合上文讨论，对本文的工作进行了总结和展望。