【摘 要】
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目前,硅基电子元件构筑电路实现类脑功能并处理大量数据的效率不尽人意。通过化学设计的仿突触器件以其本身的导电性类比于生物突触的突触权重,进而能具有和生物突触类似的电信号传递、处理行为,是解决该问题的一条途径。近十年来,离子型仿突触器件得到了井喷式的发展,科研人员希望进一步降低其能量消耗、制备难度以及实现更多的类脑功能。功能化锥形玻璃管是一种易制备的分析传感电极,利用离子传输行为实现电化学活性不高的物
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目前,硅基电子元件构筑电路实现类脑功能并处理大量数据的效率不尽人意。通过化学设计的仿突触器件以其本身的导电性类比于生物突触的突触权重,进而能具有和生物突触类似的电信号传递、处理行为,是解决该问题的一条途径。近十年来,离子型仿突触器件得到了井喷式的发展,科研人员希望进一步降低其能量消耗、制备难度以及实现更多的类脑功能。功能化锥形玻璃管是一种易制备的分析传感电极,利用离子传输行为实现电化学活性不高的物质检测,补充了传统电化学传感器的不足。该电极在三角波扫描下得到的电流响应具有滞后特性,电流-电压闭合曲线具有忆容忆阻特性,因此,该电极理论上能在不涉及电子转移的条件下构筑成仿突触器件,能有效降低功耗。其中调控电信号的关键(暂态离子传输)近年中也开始成为两个领域内的焦点,展现出其巨大的研发潜力与广阔的发展前景。本论文的主要工作总结如下:(1)通过表面引发原子转移自由基聚合方法在充分暴露硅羟基的锥形玻璃管内壁上修饰了聚咪唑阳离子电刷(PMMs),利用扫描电子显微镜进行了初步表征;对该器件施加忆容忆阻测试的三角波电压,得到电流-电压闭合曲线。发现该器件的整流比随着电解质浓度增大先增大后减小,随着电压扫描速度的增大而减小,最后结合固态孔离子传输知识分析了该曲线忆容忆阻特性的产生机制。(2)对比前人利用膜上打孔的思路建立的COMSOL Multiphysics稳态仿真模型,我们建立了更为准确的暂态仿真模型;采用锥形玻璃管本身的几何结构、合理的考虑真实环境下的修饰结果进行建模,成功的展现出基于三层理论的离子电流整流现象;根据仿真结果中电流值及忆容忆阻区域均小于实际结果,推测聚咪唑阳离子电刷层的极化行为是调制器件电导的重要因素。(3)根据实验条件设计了对应的测试方波波形,实现了类脑功能中短时程可塑性、脉冲频率突触可塑性、短时程可塑性到长时程可塑性的转变行为的模拟;调控双脉冲方波中脉冲内间隔时间,获得了器件在特定条件下的保留时间值;调控方波脉冲的电压振幅与组合方式,实现了突触权重的定向变化,即长时程增强与长时程抑制的转变,同时得到了与理论相符的结果,电压振幅越大,突触权重的转化越大。
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