發(fā)布時間：2018-01-02 19:31

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

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【摘要】：憶阻器被認為是除電阻、電容、電感之外的第四種基本無源電子器件。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，憶阻器以其獨特的非線性電學性質而引起極大的研究興趣并在許多領域有著廣泛應用，特別是在阻變式隨機存儲器及神經(jīng)突觸仿生器件研究領域：憶阻器能夠在高低阻狀態(tài)之間進行相互轉變，并因其高速度、高密度、低功耗等特點被認為具有下一代新型非易失性隨機存儲器的潛力；另一方面，憶阻器具有阻值能夠連續(xù)可調節(jié)的特性，這一點與神經(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域有著巨大的潛在應用價值。本論文以金屬氧化物材料為基礎，開展了憶阻器件的研究工作，基于電阻轉變特性及電阻連續(xù)可調特性，探究憶阻器件在阻變式隨機存儲器及神經(jīng)突觸仿生器件的研究，同時深入探究憶阻器件運行物理機制。主要內(nèi)容如下： 阻變式隨機存儲器件存在著這樣的關鍵問題：器件運行過程中的電學參數(shù)存在較大的波動性，這是阻礙阻變式隨機存儲器實用化的障礙。針對此關鍵問題，我們展開了以下工作：(i)探究限制電流與導電細絲內(nèi)部結構的關系，得到高限制電流易于產(chǎn)生網(wǎng)狀結構導電細絲。相應地，低限制電流下產(chǎn)生的簡單結構的導電細絲更易于控制。我們進一步通過調控限制電流降低了電學參數(shù)的波動性；(ii)探究電壓極性對導電細絲內(nèi)部結構的影響。研究表明電壓極性能夠影響導電細絲結構的轉變，尤其是關閉電壓的極性影響導電細絲轉變位置；(iii)通過電遷移Ag并形成Ag納米簇，在電阻轉變層內(nèi)部構建尖端電極。利用尖端電極附近產(chǎn)生的增強型局域電場提高導電細絲的可控性，從而降低導電細絲的隨機性并且提高存儲器件性能。 基于非晶InGaZnO材料，我們設計并制備了具有不同氧含量的雙層結構憶阻器件，并得到穩(wěn)定運行的器件。該憶阻器件具有良好的電阻可調性及對信號刺激能夠快速做出反應等特點。我們通過探究憶阻器與神經(jīng)突觸之間的相似性，獲得了具有自主學習功能的智能化器件。在憶阻器件中實現(xiàn)了多種重要的神經(jīng)突觸學習記憶功能，包括非線性傳輸特性、突觸可塑性，長時/短時可塑性、經(jīng)驗式學習行為等。進一步，通過對短時可塑性的變溫測試證實了短時可塑性的物理機制為氧離子擴散。由此建立基于氧離子遷移/擴散的憶阻器運行機制。 以前期工作為基礎，我們開展了基于一維納米結構的憶阻器件研究及其對神經(jīng)突觸學習功能模擬。我們在FTO導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。通過氫氣濺射處理實現(xiàn)了穩(wěn)定運行的憶阻器件，可以在較大范圍內(nèi)連續(xù)多次對其電阻進行調節(jié)。進一步，，基于TiO2納米線憶阻器件，實現(xiàn)了多種神經(jīng)突觸的學習記憶功能。并通過XPS、TEM等手段對其物理機制進行了深入研究。與薄膜型憶阻器件相比，一維納米結構的憶阻器件可能具有實現(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 .

【學位授予單位】：東北師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TM54;TP333

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本文編號：1370642