基于鸡蛋蛋白薄膜为功能层的忆阻器特性与物理机制研究

发布时间：2020-10-23 07:05

　　忆阻器(memristor)作为一种有记忆功能的非线性电阻,带来了电子电路的结构体系、原理、设计理论的巨大变革,是继电阻、电容、电感之后的第四种无源基本电路器件,为电子技术存储的进一步提高提供了方向。本课题主要探究基于鸡蛋清蛋白材料的柔性透明忆阻器的阻変性能和电子人工突触性能。在此基础上,探究不同的电极材料对器件性能的影响,以及阻变层蛋白溶液嵌入金属金对器件性能的影响。另外本课题所制备的忆阻器件具有高度的透光率和灵活性,其使用的阻变材料鸡蛋清具有生物相容性、可降解性,材料廉价等优点。本课题主要内容如下:1.采用可溶解的蛋白膜作为阻变层,制备的钨(W)/蛋清(Egg albumen)/氧化铟锡(ITO)/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的“三明治”结构的忆阻器,具有良好的均匀性和非常高的透明度。器件的高低阻能稳定至少100圈且比率可达两个数量级,这证明了器件具有可复写的开关行为和稳定的存储数据能力。此外,所制备的存储器件在经受反复弯曲后显示出良好的机械耐久性和可靠性。在神经仿生学中,通过调节施加在该器件的脉冲电压来模拟生物突触功能,发现调节脉冲幅度可以实现成对脉冲促进(paired-pulse facilitation,PPF)到成对脉冲抑制(paired-pulse depression,PPD)的转变,同时,观察到脉冲频率的大小和脉冲数的多少对该器件的遗忘速度以及长短期可塑性的转换有很大影响。实验结果表明,这种基于鸡蛋蛋白的忆阻器件采用廉价天然的有机材料来实现智能人工突触系统,其在生物相容性和可生物降解的电子器件中具有吸引力。2.影响忆阻器阻变性能好坏的因素不仅仅取决于阻变材料的选择,电极材料也会影响忆阻器性能以及阻变开关机制。在器件结构不变的情况下将电极钨(W)换成活性电极银(Ag),分析基于Ag电极的阻变存储器电化学性能。同时比较两种不同电极材料对蛋白薄膜型阻变存储器阻变特性的影响。通过实验发现上电极为W电极时,器件表现出典型的互补电阻切换行为,而采用Ag电极时,器件表现为双极电阻切换行为,这可能是由于活性电极Ag在阻变介质材料中在电场作用下发生迁移和扩散,参与器件的高低阻转换。3.改善忆阻器阻变性能的另一个重要的方法为对阻变功能层材料的优化,这里,我们在蛋白溶液中掺入一定浓度的金属金作为阻变层,用于研究器件阻变性能,以及模拟神经突触仿生性能。实验结果表明这种结构下的器件表现出典型的双极性忆阻行为,并且测得流过器件的电流呈现缓慢上升的趋势。这种现象可用来模拟生物突触对刺激的感知和记忆能力,丰富了模拟神经突触的种类。
【学位单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN60;TB383.2
【部分图文】：

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