忆阻器(memristor)因其具有解决冯诺依曼结构瓶颈的潜力而受到广泛关注。然而随着发展,传统忆阻器在低功耗和高速度方面出现了较大的瓶颈。因此人们需要不断探索新材料并进一步提高忆阻器的性能。近年,二维材料由于其优异半导体特性逐渐成为忆阻器功能层的理想选择,然而由于其物理机制尚不明确,无法进一步实际应用。因此本论文主要探究了基于MoS2和Ti3C2的高性能忆阻器。模拟了作为阻变存储器和神经突触仿生器件的基本性能,并详细探究了阻变开关过程中的物理机制问题。本论文主要研究工作如下:一.首先创新性的制备了低毒性大面积2H半导体相的MoS2纳米片。并构建了具有Ag/MoS2/Pt结构的阻变存储器件。通过直流扫描电压,该器件在不同限流下具有良好的重复性能和105s的保持性能。当限流低至100 nA时,器件仍可以保持良好的阻变特性,且器件在Set过程中功率低至7.35 nW。在脉冲操作模式中,该器件具有较低的开关延迟时间,并实现了大范围近似线性而对称的电阻调控。在此基础上,将脉冲调控电导应用于基于手写数字识别模拟仿真中,得到了具有90.37%的高识别精度。该工作为MoS2纳米片应用于阻变存储和人工神经突触器件提供了新的制备方法。二.使用Ti3C2代替传统的阻变材料用作忆阻器的功能层,制备出具备Al/Ti3C2Tx/Pt结构的新型忆阻器。通过直流扫描电压,Al/Ti3C2Tx/Pt结构的器件表现出可逆的双极性电阻开关行为。在脉冲序列的作用下,该器件的电阻可以通过具有10 ns脉冲宽度的脉冲序列进行连续调控,这一脉冲宽度的应用有利于该器件在高速神经网络中的应用。在10 ns脉宽的基础上,器件可以在纳秒级别完成从短时可塑性到长时可塑性的变化。最后通过多种微观表征方式系统的研究了 Al/Ti3C2Tx/Pt器件在开关过程中的物理机制问题,最终认为Ti3C2功能层中的Ti空位和O空位是导致阻变开关行为的主要原因。三.本实验通过在Ti3C2中掺入金属纳米颗粒Ag,用于提高纯Ti3C2器件的电学性能,并制备了 Al/Ti3C2:Ag/Pt器件。使用该材料作为忆阻器的功能层不仅解决了纯Ti3C2忆阻器在阻变过程中的电流突变现象,而且在阻变开关过程中得到了双向连续的电流变化趋势,该趋势有利于忆阻器作为神经仿生器件的应用。且该部分工作详细的测试了器件在不同脉冲条件下器件兴奋性突触后电流(EPSC)的变化,探究了不同脉冲条件下器件由STP-LTP详细的变化趋势。最后,实现了二维材料忆阻器在十进制计算方面的功能。