本文選題：憶阻器 + 突觸�。� 參考：《南京郵電大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：人腦是一種高度并行、節(jié)能的事件驅(qū)動(dòng)型信息處理系統(tǒng),其效率是傳統(tǒng)信息存儲(chǔ)和處理設(shè)備所無法比擬的。受其啟發(fā),作為一種可實(shí)現(xiàn)新型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和神經(jīng)形態(tài)計(jì)算的元器件—憶阻器得到了廣泛關(guān)注。近年來,有機(jī)材料因其成膜簡(jiǎn)單、成本低、柔性可拉伸、生物兼容,以及電子性能可以通過分子設(shè)計(jì)來進(jìn)行調(diào)控等優(yōu)勢(shì),被廣泛應(yīng)用于憶阻器領(lǐng)域的研究。然而,由于較慢的離子傳輸動(dòng)力學(xué),較低的載流子遷移率和較大的電荷注入勢(shì)壘,有機(jī)憶阻器往往需要較高的操作電壓且會(huì)表現(xiàn)出波動(dòng)的器件參數(shù)。這些局限性勢(shì)必會(huì)降低有機(jī)憶阻器的精度、穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性等,從而對(duì)有機(jī)憶阻器的實(shí)際應(yīng)用構(gòu)成了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此,設(shè)計(jì)和制備高性能有機(jī)憶阻器應(yīng)用于神經(jīng)功能模擬,并對(duì)其機(jī)制進(jìn)行深入研究具有重要意義。本論文在綜述了離子型憶阻器最新研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)制備了一系列基于金屬卟啉(MTPP)的有機(jī)二極管憶阻器,并深入研究了器件的性能、機(jī)制和在神經(jīng)功能模擬方面的應(yīng)用,為有機(jī)憶阻器的理論發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用提供了技術(shù)儲(chǔ)備。(1)綜述了離子型憶阻器的研究進(jìn)展。首先討論了離子型憶阻器的機(jī)理,并以此為基礎(chǔ)提出了通過肖特基結(jié)調(diào)控、載流子篩選和活性層預(yù)處理等方式實(shí)現(xiàn)阻態(tài)漸變可調(diào)的離子型憶阻器的策略。此外,離子型憶阻器在活性層材料和摻雜劑方面的最新研究進(jìn)展包括材料之間的相互關(guān)系,對(duì)憶阻機(jī)理和器件性能的影響等也被詳細(xì)討論,重點(diǎn)介紹了如何通過將氧化物材料納米化,聚合物組分優(yōu)化、分子設(shè)計(jì)和離子摻雜等策略來實(shí)現(xiàn)高性能離子型憶阻器。(2)受人體血紅蛋白中所含鐵卟啉運(yùn)輸氧氣機(jī)理的啟發(fā),提出了一種基于配位鍵輔助的離子/電子傳輸型憶阻器,器件結(jié)構(gòu)為ITO/四苯基卟啉鋅(ZnTPP)/Al2O3-x/Al。借助掃描透射電子顯微鏡-能量彌散X射線探測(cè)(STEM-EDX)研究了主導(dǎo)憶阻性能的氧離子的注入和傳輸機(jī)制;通過對(duì)施加不同電壓ZnTPP薄膜表面的X射線光電子能譜(XPS)分析,確認(rèn)了氧離子的種類為O2-、O1-以及與Zn2+的配位作用。在此基礎(chǔ)上,首次提出了電場(chǎng)作用下ZnTPP可通過中心金屬離子與氧離子形成的配位鍵的斷裂和形成精致地調(diào)控載流子的傳輸,避免了傳統(tǒng)憶阻器中載流子沿晶界不可控、隨機(jī)的傳輸特點(diǎn),從而實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定、平滑、漸變的阻變行為。此外,本文發(fā)現(xiàn)ZnTPP憶阻器具有獨(dú)特的尖峰電壓依賴可塑性(SVDP),并從極化角度對(duì)小電壓下導(dǎo)電性衰減的機(jī)理做了解釋。(3)以同樣的結(jié)構(gòu)和薄膜厚度設(shè)計(jì)制備了基于不同MTPP(ZnTPP、四苯基卟啉鎳(NiTPP)、四苯基卟啉鈷(CoTPP)、四苯基卟啉氯化鐵(FeTPPCl)和四苯基卟啉(TPP))材料的二極管憶阻器:ITO/MTPP/Al2O3-x/Al。通過電學(xué)表征和理論計(jì)算等方法詳細(xì)研究了不同MTPP材料與氧離子形成的配位鍵的鍵能對(duì)憶阻器性能,如導(dǎo)電性、抗飽和性的影響。研究表明MTPP憶阻器的導(dǎo)電性/抗飽和性與EMetal-O的大小成反比/正比關(guān)系。此外,由于Cl原子的存在FeTPPCl的導(dǎo)電性最低,而TPP分子由于沒有中心金屬離子而無法與氧離子形成配位鍵,所以TPP憶阻器導(dǎo)電性最好但抗飽和特性最差。因此,MTPP憶阻器的性能對(duì)材料具有高度的敏感性(并不僅限于本文討論的5種MTPP材料),這可以被認(rèn)為是一種金屬依賴可塑性。在神經(jīng)形態(tài)電路的設(shè)計(jì)過程中,可根據(jù)需求選擇具有不同憶阻性能的MTPP憶阻器模塊,進(jìn)而為未來制備實(shí)用性神經(jīng)形態(tài)電路奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。(4)ZnTPP憶阻器具有良好的器件性能(如性能穩(wěn)定、環(huán)境適應(yīng)性好、功耗低、抗飽和性好等),適用于模擬神經(jīng)突觸功能。本文通過施加編程的脈沖序列基于單個(gè)ZnTPP憶阻器模擬了多重突觸功能,如短時(shí)程可塑性/長(zhǎng)時(shí)程可塑性(STP/LTP)、“經(jīng)驗(yàn)-學(xué)習(xí)”行為等。并基于陣列化的ZnTPP憶阻器實(shí)現(xiàn)了對(duì)尖峰頻率依賴可塑性(SRDP)、“經(jīng)驗(yàn)-學(xué)習(xí)”行為、習(xí)慣化/敏感化等行為的可視化模擬。此外,得益于ZnTPP憶阻器獨(dú)特的SVDP屬性,本文首次實(shí)現(xiàn)了僅依賴憶阻器陣列的噪聲過濾功能。該部分工作拓展了神經(jīng)形態(tài)電路的應(yīng)用功能,為制備兼顧噪音過濾功能的實(shí)用性神經(jīng)形態(tài)電路奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
[Abstract]:In recent years , the research progress of ionic memristors has been discussed in detail . In this paper , the mechanism of oxygen ion implantation based on coordination bond is studied by means of scanning transmission electron microscopy - energy dispersive X - ray detection ( STEM - EDX ) . This paper first realizes the function of noise filtering , which only depends on memristors array , and lays a solid foundation for the preparation of neuromorphic circuits with the function of noise filtering .

【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN60

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本文編號(hào)：1838228