集成电路的特征尺寸随着摩尔定律的不断缩小是半导体技术进步的一个主要动力。目前已经发展到了14nm的工艺节点，继续缩小将面临物理机理上的诸多限制。阳离子基阻变器件是一种基于新原理、新材料、新结构的纳米信息器件，其阻变性能优异，在非易失存储、逻辑计算、神经形态计算等领域表现出了巨大的应用潜力，是后摩尔时代推动半导体技术继续发展的一种新型器件。但是阳离子基阻变器件还存在若干关键问题尚未完全解决，其中一个关键问题是由复位失效现象导致的器件性能衰退。这种复位失效现象的机制不清楚并且尚无有效办法解决这种问题，已经成为制约阳离子基阻器件进一步应用和发展的关键。本文针对阳离子基阻变器件的复位失效机制及其解决方案开展研究。论文的主要工作如下：
　　第2章综述了阳离子基阻变器件中的复位失效现象和机制，以及目前针对该问题研究的复位操作优化方案。首先，综述了阳离子基阻变器件中出现的复位失效现象和机制(第2.2节)。其次，综述了目前针对这种复位失效现象研究的复位操作优化方案(第2.3节)，并分析了这些解决方案的优点与缺点。
　　第3章研究了阳离子基阻变器件中复位失效现象的微观机制。首先，设计与制备多种阳离子基阻变器件(第3.2节)。进而研究了阳离子基阻变器件中出现的复位失效现象，测试分析了阳离子基阻变器件在直流电压激励和脉冲电压激励下的复位失效现象，指出这种复位失效现象无法通过控制扫描截止电压来避免(第3.3节)。然后，表征和分析复位失效器件导电通路的特性。通过研究复位失效以后的Ag/ZrO2/Pt器件，发现Ag导电通路会渗透到Pt电极中(第3.4节)。最后，综合分析了阳离子基阻变器件中的复位失效机制：导电通路的“过生长”现象会在惰性电极一端提供活性金属离子的源，从而诱导发生了negative-SET现象，进而导致复位失效(第3.5节)。
　　第4章研究了一种基于石墨烯阻挡层的复位失效问题解决方案。首先，设计与制备了带有石墨烯阻挡层的阳离子基阻变器件(第4.2节)。然后，表征和分析了石墨烯插层器件的导电通路特性。研究了Ag/ZrO2/G/Pt石墨烯阻挡层器件导电通路的特性，通过和Ag/ZrO2/Pt器件导电通路的对比分析，证实了石墨烯阻挡层对导电通路具有良好的阻挡效果(第4.3节)。最后，通过对三种石墨烯阻挡层器件进行电学测试和分析，证明了石墨烯阻挡层能够有效消除阳离子基阻变器件中由negative-SET诱导的复位失效现象(第4.4节)。最后，以非易失存储应用为例，研究了石墨烯阻挡层器件在面向应用时的器件特性(第4.5节)。
　　第5章研究了一种基于TiN阻挡层的复位失效问题解决方案。首先，在带有晶体管的Cu栓结构上设计与制备了带有TiN阻挡层的阳离子基阻变器件(第5.2节)。随后，通过表征测试分析表明设计与制备的器件结构完整，生长薄膜厚度与设计一致(第5.3节)。然后，通过电学测试分析，表明5nm厚度的TiN插层能够有效消除器件中的复位失效现象(第5.4节)。最后，以非易失存储应用为例，研究了TiN阻挡层器件与晶体管的集成以后的器件性能(第5.5节)。