类脑计算作为新一代人工智能技术,在物理层面模拟人脑的结构和功能,可用于执行学习、识别和认知等高级计算任务,具有高效和低功耗的特点。忆阻器具有简单的两端结构、快的运行速度和超低的能耗,在模拟类脑功能方面极具优势,成为构建类脑计算硬件的重要候选者。然而,目前报道的忆阻器,工作机制中涉及的离子迁移会引起器件微结构变化,所需高电压或电流不仅会带来高能耗,而且产生的大量焦耳热进一步加速微结构改变,导致器件稳定性能恶化,使其难以得到实际应用。本博士论文围绕忆阻器面临的稳定性难题,基于氧化物同质结,研发出了工作机制中不涉及离子迁移的纯电子型忆阻器;在此基础上,将光信号引入到纯电子型忆阻器工作模式中,获得了具有宽光谱响应的光电忆阻器;进一步通过设计和优化光信号施加方式,实现了全光控忆阻器,并对全光控忆阻器在人类视觉功能模拟中的应用进行了初步探究。主要研究内容如下:（1）基于氧化物同质结的纯电子型忆阻器采用制备工艺较为成熟的非晶铟镓锌氧（a-IGZO）材料,通过调控薄膜生长参数,获得了基于氧化物同质结的纯电子型忆阻器。通过能带结构分析,发现器件的忆阻转变行为来源于电子在a-IGZO薄膜中氧空位缺陷处的捕获与去捕获。该器件工作中不涉及离子迁移,因此表现出优异的循环稳定性和时间保持性。同时,该器件具有自整流特性,整流比最高可达10~5,有助于解决忆阻器交叉阵列中的电流串扰问题。（2）基于纯电子型忆阻器的光电忆阻器基于所研发的纯电子型忆阻器,我们将光信号引入到器件工作模式中,获得了具有宽光谱（280-1000 nm）响应的光电忆阻器。该器件可以在紫外、可见和近红外光照射下表现出明显的持续光电导效应,保持时间＞10~4s,因此光信号可有效增大器件电导。在此基础上,利用光电混合模式实现了器件电导的连续可逆调控,以及神经突触功能的模拟。（3）全光控忆阻器及视觉功能模拟基于光电忆阻器,通过设计和优化光信号施加方案,在国际上首次实现了全光控忆阻器。该器件在蓝光照射下电导增大,在近红外光照射下电导降低,进而可实现电导态的全光可逆调节,稳定的电导态数量＞100,并且调节后的电导态具有非易失性。该器件工作所需光功率密度很低（～20μW/cm~2）,有利于进一步改善器件稳定性和降低功耗。基于该器件,在全光控模式下实现了生物突触脉冲时间依赖可塑性的模拟。最后,初步探究了全光控忆阻器在人类视觉功能模拟中的应用。