【摘 要】
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忆阻器的概念自首次被蔡绍棠教授将其作为第四种电路元件提出之后,在非易失存储、逻辑运算以及人工突触等领域都有很大的进展。对比于更早出现的一些存储器和CPU等存算分离的系统来说,忆阻器具备着小尺寸、易制备、低功耗、计算及存储的速度快等优异的性能,此外,忆阻器所具有的先进的存算一体的功能是目前信息社会用来打破存算分离的冯·诺伊曼体系最有力的技术。因此,在新兴的信息时代,发展和探究忆阻器的各种性能刻不容缓
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忆阻器的概念自首次被蔡绍棠教授将其作为第四种电路元件提出之后,在非易失存储、逻辑运算以及人工突触等领域都有很大的进展。对比于更早出现的一些存储器和CPU等存算分离的系统来说,忆阻器具备着小尺寸、易制备、低功耗、计算及存储的速度快等优异的性能,此外,忆阻器所具有的先进的存算一体的功能是目前信息社会用来打破存算分离的冯·诺伊曼体系最有力的技术。因此,在新兴的信息时代,发展和探究忆阻器的各种性能刻不容缓。根据电阻状态的变化,忆阻器可以分为数字型与模拟型,数字型主要应用于阻变存储,而模拟型主要应用于人工突触。目前,对于单独阻变存储以及人工突触上的研究已经相对成熟。但是,对于在单一器件上集成两种应用的忆阻器还不是很普遍。因此,研究人员针对这一问题进行了广泛研究,首先寻找合适的阻变层材料与结构是构建模数一体化忆阻器的先决条件,其次,采用有效的操作方法,例如,调节限制电流或者施加电压,是调节忆阻器模数行为转变的关键。除此之外,在传统的电调控忆阻器具有高写入噪声、高串扰以及器件的易损伤特性。引入光照、压力以及温度等外部刺激可以有效解决上述问题,并且在模拟人的视觉、嗅觉、触觉等生物感官功能上有着独特的优势。基于以上问题,本文提出了采用氧化物纳米线结构制备出单一器件上的模数转化忆阻器以及光电耦合的人工突触忆阻器,并进一步对其在高密度存储、模拟人工突触行为以及神经形态计算等应用方面进行了详细研究。主要研究如下:（1）首先采用溶液法直接在铜（Cu）箔上生长氧化铜纳米线（CuO NWs）,然后通过化学溶液合成了氧化锌纳米颗粒（Zn O NPs）溶液。进一步通过旋涂的方法将Zn O NPs附着到CuO NWs上制备出基于Zn O NPs/CuO NWs的器件。制备出的器件在高的读写电压下展现出了优异的数字型忆阻特性,而在低的操作电压下展示出了渐变的模拟型忆阻器行为。并且,基于该忆阻器模拟特性,搭建了一个应用于手写体识别的人工神经网络。为了对器件的阻变机制进行分析,对采用不同种类电极下的裸CuO NWs忆阻器的I-V曲线进行分析。（2）采用水热法制备出二氧化钛纳米线（TiO2 NWs）,同样通过旋涂法将制备的Zn O NPs附着到TiO2 NWs上,探究了基于Zn O NPs/TiO2 NWs的光电突触特性。其在具有典型的长时增强（LTP）、长时抑制（LTD）以及电导渐变等电突触特性之外,还具有紫外光下的电流响应以及双脉冲易化（PPF）特性。基于该器件优异的光响应特性,此器件实现了基于光突触行为的视觉记忆功能。并且,将光信号作为条件刺激而电信号作为非条件刺激,实现了人脑中高阶联想学习功能。
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