在新兴的半导体存储器中,忆阻器因其独特的电流控制电阻变化进而实现数据存储的特点,以及在神经突触仿生领域的模拟特性,引起了广泛的研究。然而,虽已经提出了多种忆阻器存储类型,但其在电学性能表现方面存在诸多缺点,如:局部导电细丝引起的开关电压离散、耐久性能弱等。铁电存储器由于其可控的铁电极化反转特性,可以改善开关电压离散等缺点。铁电钙钛矿氧化物忆阻器的研究大都是在单晶衬底上,对现有铁电忆阻器硅互补金属氧化物半导体（Si-CMOS）技术的研究较少。而本文对Si基外延铁电薄膜忆阻器进行了研究,器件展示出了稳定的耐久性和可控的极化反转特性等。首先,该项工作研究了钛酸钡（Ba Ti O3,BTO）铁电薄膜忆阻器;然后,研究了BTO-Ce O2复合薄膜忆阻器的制备条件;最后,该工作研究了Si基外延BTO-Ce O2复合薄膜忆阻器在神经突触仿生领域的模拟。其主要内容如下:一、研究了BTO铁电薄膜忆阻器,结构为BTO/La0.67Sr0.33Mn O3（LSMO）/Sr Ti O3（STO）。此项工作使用单晶STO做衬底,LSMO作为底部电极,底电极沉积完成之后生长BTO铁电薄膜层。通过X射线衍射分析测试,研究了BTO铁电薄膜的结晶质量;通过原子力显微镜（Atomic Force Microscopy,AFM）研究了BTO铁电薄膜忆阻器的表面平整度;器件可控的铁电极化反转特性也通过压电力显微镜（Piezoelectric Force Microscope,PFM）得以研究,器件两端施加电信号后,获得了忆阻器的忆阻特性。通过电导调制研究,BTO铁电薄膜忆阻器展示出了具有类脑电导调制行为。结果证明,BTO材料可以作为铁电薄膜忆阻器的功能层,是铁电薄膜忆阻器研究的候选者。二、研究了BTO-Ce O2复合薄膜忆阻器制备条件。该项工作对STO缓冲层制备条件的探索,确定了STO层的重要作用,并且STO制备氧压条件被确定为1 Pa、衬底温度为750℃。通过制备温度的研究,LSMO导电层的衬底温度被确定为750℃。进一步对BTO-Ce O2铁电薄膜不同制备氧压条件进行了探索,通过结晶质量分析、AFM、PFM测试分析,确定了制备氧压条件为1 Pa。通过制备条件的探索,该工作为制备Si基外延BTO-Ce O2薄膜忆阻器奠定了基础。三、研究了衬底温度对Si基外延BTO-Ce O2复合薄膜忆阻器的影响。通过BTO-Ce O2层衬底温度的研究,在XRD测试中BTO-Ce O2薄膜忆阻器的Si基外延情况得到证明,在PFM测试中研究了器件可控的极化反转特性,最佳的衬底温度被确定为750℃。TEM测试分析了器件的微观结构。在电学性能测试研究中,BTO-Ce O2薄膜忆阻器展示出了稳定的I-V忆阻特性、可达到10~9次的耐久性和多态存储特性。总而言之,通过制备条件的探索,该工作为进一步研究Si基外延BTO-Ce O2薄膜忆阻器奠定了基础。四、通过脉冲调制测试,研究了BTO-Ce O2复合薄膜忆阻器的类脑神经突触仿生行为。模拟了尖峰时序依赖可塑性（STDP）和双脉冲易化（PPF）记忆行为。器件可以实现应用50 ns的脉宽模拟四则运算,并在数字图像识别应用中在线学习正确率达到90.03%,离线学习正确率达到92.55%。对器件的物理机制研究,提出BTO-Ce O2薄膜的电阻切换行为是铁电性和氧空位迁移的共同参与引起的。该工作促进了Si基外延BTO-Ce O2铁电薄膜忆阻器在未来新型存储器的研究和神经形态计算方面的应用。