基于供—受体共聚物的忆阻和忆容双参量记忆器件及其神经突触的可塑性研究

发布时间：2020-07-24 22:14

【摘要】：随着信息化时代的到来,大数据对存储器件的容量提出了越来越高的要求,摩尔定律面临着严峻挑战,亟需寻找一种新型电子元器件,记忆电阻应运而生。以记忆电阻为代表的记忆元素(记忆电阻和记忆电容)凭借其独特的非线性电学特性在非易失性存储、人工智能计算机、模拟电路和人工神经网络等领域被广泛研究,尤其在非易失性存储和人工神经网络领域展现了巨大的应用潜力。本文以供体-受体类型的共聚物为功能材料,制备了具有Al/共聚物/ITO结构的记忆器件,实现了基于记忆电阻(忆阻)和记忆电容(忆容)的双参量多状态记忆特性。在此基础上,研究了基于记忆电容的突触可塑性。主要研究内容如下:1.设计并合成了一种具有供体-受体结构的共聚物。为了实现双参量记忆特性,我们设计并合成了具有供体-受体结构的共聚物。通过FT-IR和~1H-NMR光谱分析了共聚物的分子结构,通过SEM图像对共聚物的成膜特性进行了表征。2.构建了Al/共聚物/ITO结构的记忆器件,研究了基于忆阻和忆容的双参量记忆特性。制备了Al/共聚物/ITO结构的有机记忆器件,测试了其忆阻特性,研究了单电阻状态下的忆容行为,发现器件存在两种电阻状态和与之对应的四种电容状态,实现了器件的双参量多状态记忆特性。另外,通过控制电压幅值实现了对忆容行为的调控,并且设计了电压脉冲信号,完成了对电阻和电容状态的写入和读取。器件表现出的双参量多状态记忆特性为非易失性多级存储的实现提供了一条有效途径。3.分析并验证了器件忆阻和忆容的开关机理,建立了双参量关联矩阵模型。首先,研究了器件高/低电阻态的电阻随温度的变化规律,发现器件具有明显的半导体特性,I-V曲线拟合的结果表明器件的电阻开关机理符合空间电荷限制电流理论。然后,结合共聚物薄膜的供体-受体特性与极化力显微镜的相位图对器件的电容开关机理进行了分析:器件的电容开关行为源于供体-受体共聚物薄膜的极化与退极化特性。最后,通过引入分子内部极化算符,建立了忆阻和忆容的关联性,给出了描述器件双参量多状态记忆特征的矩阵模型。4.构建了Al/共聚物/ITO结构的人工突触器件,研究了基于记忆电容的神经突触可塑性。Al/共聚物/ITO人工突触器件展现出了良好的突触可塑性:双脉冲易化、增强、抑制和学习-遗忘-再学习行为。通过增加脉冲次数实现了由短时程可塑性向长时程可塑性的过渡,证实了记忆电容模拟突触可塑性的可能。此外,该器件还能以类似于人脑的方式响应外界温度的刺激,架起了神经形态芯片与真实世界温度传感之间的桥梁。这些结果对基于记忆电容的人工突触研究提供了有利的参考。
【学位授予单位】：聊城大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN60
【图文】：

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律指出：集成电路中所容纳的晶体管数目，倍。然而，当前这个著名的定律遇到了前所近纳米级尺寸，电子运行控制难度增大，芯剧变差；另一方面，由于密集光刻成本增加路技术的发展也遇到巨大阻碍。因此，为制度快的电子信息存储产品，亟需寻找一种新。ory Resistance，简称忆阻）的出现给新型存由美国加州大学伯克利分校的 Chua 教授根阻将电荷量 Q 和磁通量 Φ 联系起来： M 简单的理解为一种具有记忆行为的非线性电励方式改变其电阻值，从 I-V 曲线上则表现

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聊城大学硕士学位论文容器件的大家庭里，记忆电容（Memory capacitance，简称忆容的性质。它是 2008 年 11 月在美国加州大学伯克利分校举行的际大会上，由 Ventra 教授在记忆电阻的理论基础上提出[4]。记荷与电压的内部关系，从 C-V 曲线上表现为电容的滞回现象个积累的过程，所以其特性依赖于过去的状态，因此也具有记感教授在定义记忆电容的同时，还定义了记忆电感（Memory ind记忆电感是具有记忆特性的电感元件，反映了电流与通量的内统的概念被扩展到电容和电感元件，具有记忆电阻、记忆电容分别称之为忆阻器、忆容器和忆感器，三种不同器件的符号如

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Pt/TiO2-x/Pt 三明治结构忆阻器件的 I-V 曲经过不懈努力，取得了许多有意义的加入 Ni+对器件记忆性能的影响，发，且能使器件忆阻行为更稳定[20]。2于蛋白质生物材料的忆阻器，通过对忆阻性能的有效调控[21]。2014 年

【参考文献】