云计算与物联网等信息技术的飞速发展,对半导体存储器提出了“更高密度、更快速度、更低功耗”的要求。然而目前Flash存储器存在操作电压高、读写速度慢、功耗大、难以进一步集成等诸多问题,因此急需发展新一代的存储器件。忆阻器的出现为克服Flash存储器的壁垒提供了可能,因为其不仅可以实现高密度、高速度、高效率的存储,并兼具数据处理的功能,还可以进行类脑计算。忆阻器的大规模应用需要和选择器构成1S1R单元来抑制阵列网络中的漏电流。本论文以过渡金属氧化物薄膜为研究对象,实现了多种性能良好的选择器和忆阻器,并对其性能进行了调控,主要研究内容如下:在渐变型选择器方面,基于两种不同的三叠层隧穿势垒调控方式,即冠状势垒型和可变氧化物厚度型,通过选择不同过渡金属氧化物层的组合,实现了非线性高于104的渐变型选择器,并阐明了氧化物层电子亲和势差对冠状势垒选择器非线性的影响规律。在突变型选择器和忆阻器方面,通过等离子体处理调控Pt/Cu/HfO₂/Pt/Ti器件的阻变特性,实现了易失性阈值转变和非易失性电阻转变。在此基础上,根据1S1R阵列的等效简化电路模型,计算了由器件构成1S1R阵列时所支持的最大阵列规模。同时,尝试制备了具有良好抗弯折特性的Pt/Cu/HfO₂/Pt/Ti柔性突变型忆阻器。在渐变型忆阻器方面,通过紫外光照调控,在ZnO纳米棒阵列忆阻器中实现了光加密和电解密等多种功能,可应用于数据处理和安全通信领域。同时,基于ZnO纳米棒忆阻器的仿生突触器件还可以实现多种短期突触可塑性模拟。在此基础上,结合ZnO纳米棒的光敏特性和忆阻器的突触模拟功能,实现了光控的神经功能模拟,具有与生物中的光遗传学技术相同的特征,即运用的光信号对神经活动进行精准快速的调控。