本文關(guān)鍵詞：金屬氧化物憶阻器件的制備及其阻變存儲(chǔ)、神經(jīng)突觸仿生研究　出處：《東北師范大學(xué)》2013年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：憶阻器被認(rèn)為是除電阻、電容、電感之外的第四種基本無(wú)源電子器件。其阻值能夠隨流經(jīng)電量而發(fā)生改變，并且記住它的狀態(tài)。近年來(lái)，憶阻器以其獨(dú)特的非線性電學(xué)性質(zhì)而引起極大的研究興趣并在許多領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，特別是在阻變式隨機(jī)存儲(chǔ)器及神經(jīng)突觸仿生器件研究領(lǐng)域：憶阻器能夠在高低阻狀態(tài)之間進(jìn)行相互轉(zhuǎn)變，并因其高速度、高密度、低功耗等特點(diǎn)被認(rèn)為具有下一代新型非易失性隨機(jī)存儲(chǔ)器的潛力；另一方面，憶阻器具有阻值能夠連續(xù)可調(diào)節(jié)的特性，這一點(diǎn)與神經(jīng)突觸有著高度相似性。因此，憶阻器同樣在神經(jīng)突觸仿生器件研究領(lǐng)域有著巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。本論文以金屬氧化物材料為基礎(chǔ)，開(kāi)展了憶阻器件的研究工作，基于電阻轉(zhuǎn)變特性及電阻連續(xù)可調(diào)特性，探究憶阻器件在阻變式隨機(jī)存儲(chǔ)器及神經(jīng)突觸仿生器件的研究，同時(shí)深入探究憶阻器件運(yùn)行物理機(jī)制。主要內(nèi)容如下： 阻變式隨機(jī)存儲(chǔ)器件存在著這樣的關(guān)鍵問(wèn)題：器件運(yùn)行過(guò)程中的電學(xué)參數(shù)存在較大的波動(dòng)性，這是阻礙阻變式隨機(jī)存儲(chǔ)器實(shí)用化的障礙。針對(duì)此關(guān)鍵問(wèn)題，我們展開(kāi)了以下工作：(i)探究限制電流與導(dǎo)電細(xì)絲內(nèi)部結(jié)構(gòu)的關(guān)系，得到高限制電流易于產(chǎn)生網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)電細(xì)絲。相應(yīng)地，低限制電流下產(chǎn)生的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電細(xì)絲更易于控制。我們進(jìn)一步通過(guò)調(diào)控限制電流降低了電學(xué)參數(shù)的波動(dòng)性；(ii)探究電壓極性對(duì)導(dǎo)電細(xì)絲內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。研究表明電壓極性能夠影響導(dǎo)電細(xì)絲結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，尤其是關(guān)閉電壓的極性影響導(dǎo)電細(xì)絲轉(zhuǎn)變位置；(iii)通過(guò)電遷移Ag并形成Ag納米簇，在電阻轉(zhuǎn)變層內(nèi)部構(gòu)建尖端電極。利用尖端電極附近產(chǎn)生的增強(qiáng)型局域電場(chǎng)提高導(dǎo)電細(xì)絲的可控性，從而降低導(dǎo)電細(xì)絲的隨機(jī)性并且提高存儲(chǔ)器件性能。 基于非晶InGaZnO材料，我們?cè)O(shè)計(jì)并制備了具有不同氧含量的雙層結(jié)構(gòu)憶阻器件，并得到穩(wěn)定運(yùn)行的器件。該憶阻器件具有良好的電阻可調(diào)性及對(duì)信號(hào)刺激能夠快速做出反應(yīng)等特點(diǎn)。我們通過(guò)探究憶阻器與神經(jīng)突觸之間的相似性，獲得了具有自主學(xué)習(xí)功能的智能化器件。在憶阻器件中實(shí)現(xiàn)了多種重要的神經(jīng)突觸學(xué)習(xí)記憶功能，包括非線性傳輸特性、突觸可塑性，長(zhǎng)時(shí)/短時(shí)可塑性、經(jīng)驗(yàn)式學(xué)習(xí)行為等。進(jìn)一步，通過(guò)對(duì)短時(shí)可塑性的變溫測(cè)試證實(shí)了短時(shí)可塑性的物理機(jī)制為氧離子擴(kuò)散。由此建立基于氧離子遷移/擴(kuò)散的憶阻器運(yùn)行機(jī)制。 以前期工作為基礎(chǔ)，我們開(kāi)展了基于一維納米結(jié)構(gòu)的憶阻器件研究及其對(duì)神經(jīng)突觸學(xué)習(xí)功能模擬。我們?cè)贔TO導(dǎo)電玻璃襯底上利用水熱方法制備了TiO2納米線陣列，并利用其制備了憶阻器件。通過(guò)氫氣濺射處理實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定運(yùn)行的憶阻器件，可以在較大范圍內(nèi)連續(xù)多次對(duì)其電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)。進(jìn)一步，，基于TiO2納米線憶阻器件，實(shí)現(xiàn)了多種神經(jīng)突觸的學(xué)習(xí)記憶功能。并通過(guò)XPS、TEM等手段對(duì)其物理機(jī)制進(jìn)行了深入研究。與薄膜型憶阻器件相比，一維納米結(jié)構(gòu)的憶阻器件可能具有實(shí)現(xiàn)更高密度集成的研究前景。
[Abstract]:Memory resistor is considered to be the fourth kind of basic passive electronic device except resistance , capacitance and inductance . Its resistance value can change with electric quantity and remember its state . This paper studies the influence of voltage polarity on the internal structure of conductive filaments . Based on the amorphous InGaZnO material , we designed and fabricated a dual - layer memristive device with different oxygen content , and obtained a stable operation device . The memristive device has good resistance adjustability and rapid response to signal stimulation . On the basis of the previous work , we conducted a study of memristive devices based on one - dimensional nano - structure and the simulation of neural synaptic learning function . We used hydrothermal method to prepare TiO2 nanowire arrays on FTO conductive glass substrate .

【學(xué)位授予單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM54;TP333

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本文編號(hào)：1370642