【摘要】：為了增大曝光量傳感器的測量范圍,提出了一種基于憶阻器的新型曝光量傳感器設(shè)計(jì)方案。該傳感器主要由光敏電阻、限流電阻和憶阻器組成。光敏電阻的阻值隨著光照度的變化而變化,引起回路電流的變化,然后以變化的回路電流激勵(lì)憶阻器。依據(jù)記憶特性,傳感器以憶阻器的阻值來表征物體被輻照時(shí)光照度在一段時(shí)間內(nèi)的積分值,從而實(shí)現(xiàn)對曝光量的測量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,曝光量傳感器實(shí)現(xiàn)了對曝光量的測量,且具有大的測量范圍。光照度為100 lx時(shí),測量范圍為0~500lx·s;光照度以80 lx/s的穩(wěn)定速率增大時(shí),測量范圍為0~1 000 lx·s。另外,限流電阻為0.2 MΩ時(shí)的測量上限值比10 kΩ時(shí)大780 lx·s,而靈敏度降低了87Ω/(lx·s)。增大限流電阻盡管可以增大傳感器的測量范圍,但是卻降低了靈敏度。
【圖文】：

?06Ω。另外，憶阻器具有非易失性，當(dāng)回路電流斷開的時(shí)候，其阻值保持不變。因此，憶阻器從一出現(xiàn)，就獲得了研究者的青睞，在數(shù)據(jù)存儲和處理、圖像處理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注和研究［13－14］。正是針對目前曝光量測量方法中存在的不足，基于憶阻器具有的記憶特性、非易失性、阻值變化范圍大等特點(diǎn)，提出了一種基于憶阻器的大測量范圍新型曝光量傳感器。1傳感器結(jié)構(gòu)及工作原理基于憶阻器的新型曝光量傳感器由光敏電阻ＲG、限流電阻Ｒ、憶阻器M、電源和開關(guān)K組成。傳感器的電路原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1曝光量傳感器的電路原理結(jié)構(gòu)圖當(dāng)物體被一定強(qiáng)度的光照射時(shí)，曝光量Hv與光照度Ev之間的關(guān)系為Hv=∫Evdt(1)由基爾霍夫定律，可得圖1電路中U=I(ＲG+Ｒ+M)(2)傳感器電路中的光敏電阻ＲG的作用是將光照度從光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘�，其阻值與單色入射光光照度Ev的關(guān)系為ＲG=1SgEγv(3)式中:Sg是光電導(dǎo)靈敏度，γ是光照度指數(shù)。限流電阻Ｒ的作用是限制回路電流的大小，調(diào)控憶阻器阻值的變化速率。另外，作為傳感器核心器件的憶阻器是一種阻值可變的器件，，其在當(dāng)前時(shí)刻的阻值取決于通過憶阻器的電流從過去到當(dāng)前時(shí)刻的時(shí)間積分，即該時(shí)間段內(nèi)通過憶阻器的電荷量。在圖1所示的曝光量傳感器電路中，光照度決定了光敏電阻的阻值，從而引起回路電流的變化。回路電流的時(shí)間積分(電荷量)決定了憶阻器阻值的大校又由式(1)知曝光量是光照度的時(shí)間積分。因此，曝光量決定回路電流的時(shí)間積分，決定憶阻器阻值的變化，從而能夠用憶阻器阻值來表征曝光量，實(shí)現(xiàn)對曝光量的測量。以目前研究的比較廣泛的TiO2/TiO2－n憶阻器為例，它由非摻雜區(qū)和氧?

渥杵髯柚檔謀浠嶝嘞傭釽芄揮?憶阻器阻值來表征曝光量，實(shí)現(xiàn)對曝光量的測量。以目前研究的比較廣泛的TiO2/TiO2－n憶阻器為例，它由非摻雜區(qū)和氧空位摻雜區(qū)兩部分串聯(lián)組成［15］，其中非摻雜區(qū)的電阻率高而氧空位摻雜區(qū)的電阻率低，憶阻器的結(jié)構(gòu)如圖2所示。當(dāng)憶阻器兩端施加如圖2所示的電壓時(shí)，憶阻器中會通過從左向右的電流。非摻雜區(qū)與摻雜區(qū)的界面會隨著通過的電荷量的增大而向右移動，此時(shí)非摻雜區(qū)的厚度w增大，摻雜區(qū)的厚度減小，憶阻器阻值增大。同理，施加相反的電壓時(shí)，憶阻器阻值將減校圖2TiO2/TiO2－n憶阻器結(jié)構(gòu)圖此時(shí)，憶阻器的阻值表示為M=Ｒ1+Ｒ2=Ｒoffx+Ｒon(1－x)(4)式中:Ｒoff為憶阻器的關(guān)態(tài)電阻;Ｒon為開態(tài)電阻;x為歸一化厚度［15］，即非摻雜區(qū)厚度w與器件厚度D的比值，其變化率為dxdt=μＲonI(t)D2(5)式中:μ為摻雜物平均遷移率。由此，推導(dǎo)出曝光量Hv與憶阻器M之間的關(guān)系為dHv=D2Ev［(SgEγv)－1+Ｒ+M］μＲonU(Ｒoff－Ｒon)dM(6)2實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析2．1實(shí)驗(yàn)為了驗(yàn)證所提出的曝光量傳感器設(shè)計(jì)方案，這里以TiO2/TiO2－n憶阻器為核心器件設(shè)計(jì)了一種曝光量傳感器。傳感器中選用的器件如下所示。1002
【作者單位】： 長安大學(xué)電子與控制工程學(xué)院微納電子研究所;
【基金】：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(60806043) 中央高校基本科研項(xiàng)目(310832171010) 中央高校教育教學(xué)改革專項(xiàng)項(xiàng)目(310632176401,310632171512)
【分類號】：TP212

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本文編號：2524010