2008年惠普實驗室實現(xiàn)了世界上首個能工作的憶阻器原型,證實了 L.O.Chua幾十年前關(guān)于憶阻器的預言,即電路中除了電阻、電容、電感外,還應該存在第四種基本二端元件一一憶阻器(memristor):一種具有記憶功能的電阻。HP憶阻器的出現(xiàn),引起了世界范圍內(nèi)的強烈關(guān)注。作為一種新的基本電路元件,憶阻器為電路理論研究和電路設(shè)計提供了一種全新的發(fā)展空間,被評價為“將對電子科學的發(fā)展歷程產(chǎn)生重大影響”,“帶來電路理論的根本變革”;同時,由于憶阻器具有納米尺度結(jié)構(gòu)、非易失性、突觸功能、低功耗以及與傳統(tǒng)的集成電路相兼容等特性,在高集成密度存儲器、大規(guī)模集成電路、人工神經(jīng)網(wǎng)絡、可重構(gòu)邏輯和可編程邏輯、模式識別、信號處理、非線性電路與系統(tǒng)等領(lǐng)域具有巨大的應用前景,成為近年來的國際研究熱點。本文以實驗室前期制備的一類SBT(Sr0.95Ba0.05TiO3)納米憶阻器為研究對象,建立了其物理與數(shù)學建模,并基于SBT憶阻器構(gòu)建了一系列憶阻混沌電路與系統(tǒng),分析了其復雜動力學行為等。主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點如下:(1)通過分析SBT納米憶阻器的物理機理,建立壓控物理模型,進而建立相應的磁控數(shù)學模型,并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)通過數(shù)值分析方法確定該數(shù)學模型的參數(shù)。該數(shù)學模型仿真得到的憶阻器u-i特性曲線,與實際測量曲線進行對比,確定該模型是準確可靠的,能夠用于描述SBT納米憶阻器的動態(tài)特性,使之可作為已知的電路元件應用于非線性電路設(shè)計中。(2)在該數(shù)學模型的基礎(chǔ)上,分析SBT納米憶阻器的基本特性。分別研究了正弦周期電壓信號幅值、初始相位,和憶阻器初始狀態(tài)值對其u-i特性曲線的影響,以及其u-i特性曲線所圍波瓣面積隨周期電壓信號頻率增大的變化情況。分析結(jié)果表明,SBT納米憶阻器元件具備憶阻器的所有基本特性。(3)基于SBT納米憶阻器構(gòu)建了自激振蕩電路、受迫振蕩電路和受迫混沌振蕩電路,在其中分別產(chǎn)生了穩(wěn)定的周期振蕩、準周期振蕩和混沌振蕩。電路構(gòu)建過程表明,線性電感并聯(lián)憶阻器時,系統(tǒng)階數(shù)比儲能元件個數(shù)小1,自激振蕩電路系統(tǒng)的平衡點不再是典型的線平衡點;外加激勵電壓源會增加電路系統(tǒng)的階數(shù)和動力學復雜性。數(shù)值仿真結(jié)果表明,3個電路系統(tǒng)的振蕩狀態(tài)、幅值以及頻率均會受電路元件參數(shù)值影響,但當線性電感與憶阻器并聯(lián)時,電路系統(tǒng)的振蕩行為將不會受到憶阻器初始狀態(tài)值的影響。(4)構(gòu)造了基于SBT納米憶阻器的混沌電路,將SBT納米憶阻器與線性負阻并聯(lián),替代Chua電路中的蔡氏二極管,產(chǎn)生混沌現(xiàn)象,該混沌電路可建模為電壓-電流空間內(nèi)的四階非線性系統(tǒng)與磁通-電荷空間內(nèi)的三階非線性系統(tǒng)。數(shù)值仿真結(jié)果表明,當電路元件以及SBT納米憶阻器的初始狀態(tài)取不同值時,該電路系統(tǒng)可以產(chǎn)生出多種動力學行為,包括穩(wěn)定的匯、周期、混沌以及其他一些復雜瞬態(tài)行為,與理論上的穩(wěn)定性分析結(jié)果一致。
【學位單位】：山東科技大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TN60
【部分圖文】：

（ａ）?（ｂ）??圖２．１?（ａ）納米級ＳＢＴ憶阻器的實物照片，（ｂ）?ＳＢＴ納米憶阻器的測量結(jié)構(gòu)示意圖??Ｆｉｇ．?２．１?（ａ）?Ｐｈｙｓｉｃａｌ?ｐｈｏｔｏ?ｏｆ?ｎａｎｏ?ＳＢＴ?ｍｅｍｒｉｓｔｏｒ，?ａｎｄ?（ｂ）?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｍｅａｓｕｒｉｎｇ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｆｏｒ??ｎａｎｏ?ＳＢＴ?ｍｅｍｒｉｓｔｏｒ??ｒ??（ａ）?（ｂ）??圖２．２?（ａ）?ＳＢＴ納米憶阻器的實際測量圖，（ｂ）實際測量得到的ＳＢＴ納米憶阻器的《－?／特性曲線??Ｆｉｇ．?２．２?（ａ）?Ａｃｔｕａｌ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｐｈｏｔｏ?ｏｆ?ｎａｎｏ?ＳＢＴ?ｍｅｍｒｉｓｔｏｒ，?（ｂ）?ｕ－ｉ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ?ｃｕｒｖｅｓ?ｏｆ?ｎａｎｏ?ＳＢＴ??ｍｅｍｒｉｓｔｏｒ?ｏｂｔａｉｎｅｄ?ｆｒｏｍ?ｔｈｅ?ａｃｔｕａｌ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ??新型的ＳＢＴ納米憶阻器具有其他類型的實物憶阻器所不具備的特點：??（１）

（ａ）?（ｂ）??圖２．２?（ａ）?ＳＢＴ納米憶阻器的實際測量圖，（ｂ）實際測量得到的ＳＢＴ納米憶阻器的《－?／特性曲線??Ｆｉｇ．?２．２?（ａ）?Ａｃｔｕａｌ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｐｈｏｔｏ?ｏｆ?ｎａｎｏ?ＳＢＴ?ｍｅｍｒｉｓｔｏｒ，?（ｂ）?ｕ－ｉ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ?ｃｕｒｖｅｓ?ｏｆ?ｎａｎｏ?ＳＢＴ??ｍｅｍｒｉｓｔｏｒ?ｏｂｔａｉｎｅｄ?ｆｒｏｍ?ｔｈｅ?ａｃｔｕａｌ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ??新型的ＳＢＴ納米憶阻器具有其他類型的實物憶阻器所不具備的特點：??（１）

穴載流子在一個無限小的時間段［／，／?＋?ｄ／］內(nèi)的漂移運動是一個勻速運動，速度保持為一個??定值ｖｐ（／）。時刻／，在ＳＢＴ納米憶阻器內(nèi)部任意選取一個底面積為ｄＳ１，高為ｖｐ（〇ｄ／的圓??柱體形狀的體積元，其示意圖如圖２．３（ａ）所示。由于該圓柱體形狀的體積元足夠小，可以??假設(shè)空穴載流子在圓柱體內(nèi)部的分布是均勻的，其濃度為ｎｐ（〇?＋?；７ｐ。因此，僅考慮空穴載??１７??
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本文編號：2874846