随着大数据时代的来临,云计算、人工智能、物联网等新兴领域的出现使业界对存储芯片的需求急剧增加。然而,随着工艺制程的缩小,传统的非易失性存储器即将到达物理极限,性能与可靠性很难进一步提高。面对这样的困境,业界对新型非易失性存储器的发展异常迫切。阻变存储器由于具有可缩小性好、结构简单、读写速度快、功耗低、可靠性高、与CMOS工艺兼容等优点,作为下一代主流的非易失性存储器有着巨大的潜力。氮化铝材料有着宽禁带、高导热率、高熔点、良好的化学反应稳定性,是一种优秀的阻变材料。本文以氮化铝基阻变存储器为研究对象,研究结晶度对阻变存储器性能的影响。本文研究内容及成果如下:1、首先,基于分子动力学原理,采用大体系结构仿真了不同温度快速热退火下Al N的结构变化,验证了无法通过实验观测的结晶过程,证明了快速热退火工艺能够有效改善体系的结晶度,发现了在此过程中体系缺陷浓度的减少。其次,通过第一性原理仿真分析了缺陷浓度对体系结构与能带结构的影响,并利用GGA+U方法使仿真结果更加贴近实验结果。仿真表明随着缺陷浓度的增加,体系内电子更容易被外加能量激发,薄膜更易导电。在此基础上,对不同结晶度薄膜的I-V特性进行了仿真,结果表明随着晶粒增大,电流逐渐减小。第一性原理仿真证实了缺陷浓度与晶粒晶界对器件导电存在影响,为下文器件制备与导电机理分析提供了理论依据。2、为了证实结晶度对器件性能影响的仿真结果,对Al N薄膜采用不同条件的快速热退火工艺进行处理,制备了Ta/Al N/Pt结构的阻变器件。通过比较在不同退火温度下处理的器件的I-V特性,发现增加Al N膜的结晶度增大了开关电压和存储窗口,同时提高了器件的可靠性。通过拟合发现导电传输机制同时符合空间电荷限制传导（SCLC）模型与肖特基发射模型。基于上述实验结果与导电机制,分析了结晶度变化导致器件性能变化的原因,认为结晶度增加导致Al N薄膜内氮空位浓度减小、晶界效应增强,进而仅在开关电压略微增加时使存储窗口获得数倍的提升。