憶阻器及其建模研究.pdf

1、憶阻器基礎(chǔ)理論、導(dǎo)電機(jī)理、器件制備和應(yīng)用技術(shù)等方面的研究已成為電子信息科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域新的、革命性的前沿?zé)狳c(diǎn)，并在電子科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、材料學(xué)和智能生物學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生越來越多的重大科學(xué)技術(shù)成果。憶阻器被認(rèn)為是替代硅芯片、延續(xù)摩爾定律的有力競(jìng)爭(zhēng)者，可能在不遠(yuǎn)的將來成為新一代非易失存儲(chǔ)介質(zhì)?；趹涀杵骺赏麡?gòu)建邏輯、存儲(chǔ)、計(jì)算三位一體的新一代計(jì)算機(jī)體系架構(gòu)，而基于此體系架構(gòu)設(shè)計(jì)的即開型個(gè)人計(jì)算機(jī)將給高速發(fā)展的信息化社會(huì)帶來全新的面貌。本文圍繞憶阻器基

2、本理論和導(dǎo)電機(jī)理模型進(jìn)行了深入研究，主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括：
　　本文提出了一種理想憶阻器的近似數(shù)學(xué)表達(dá)，該表達(dá)在伏安特性方面與實(shí)際憶阻器呈較好的一致性，從而揭示了理想憶阻器與實(shí)際憶阻器數(shù)學(xué)上的差異，這些差異將對(duì)憶阻器的制備產(chǎn)生指導(dǎo)性作用。理想憶阻器是一個(gè)雙端器件，它的賦定關(guān)系僅由電路基本變量磁鏈?和電荷q所決定。理想憶阻器的電壓電流滯回曲線有零點(diǎn)交叉、雙值性、漸縮性、奇對(duì)稱、自交叉型、穩(wěn)定性等基本特征，這些基本特征是判別一個(gè)雙端器

3、件是否為理想憶阻器的必要條件。惠普等IT企業(yè)和一些大學(xué)的研究單位制備出了憶阻器實(shí)物，一些傳統(tǒng)電子器件也被認(rèn)為是憶阻器，但是這些實(shí)際憶阻器所測(cè)得的伏安特性滯回曲線與理想憶阻器存在差異，主要體現(xiàn)在無法滿足理想憶阻器電壓電流滯回曲線基本特征中的奇對(duì)稱、自交叉型。雖然蔡少棠等人提出了一種廣義憶阻器（憶阻系統(tǒng)）的概念試圖將兩者統(tǒng)一，但廣義憶阻器的定義式存在對(duì)憶阻值和阻值變化率連續(xù)性的限制，與實(shí)際憶阻器依然存在差異，同時(shí)也制約了實(shí)際憶阻器的數(shù)學(xué)模型

4、的發(fā)展。本文在廣義憶阻器基礎(chǔ)上做進(jìn)一步拓展，提出了一種理想憶阻器的近似表達(dá)，放寬了憶阻值連續(xù)性和有界性的限制，同時(shí)還引入非線性流控/壓控廣義憶阻系統(tǒng)的概念，使之能更好地描述實(shí)際憶阻器。最后通過幾個(gè)典型的憶阻器，分析驗(yàn)證了該表達(dá)在描述伏安特性方面與實(shí)際憶阻器的一致性。這種近似表達(dá)一方面能幫助我們更好地找到實(shí)際憶阻器的數(shù)學(xué)描述；另一方面揭示了理想憶阻器與實(shí)際憶阻器數(shù)學(xué)上的差異，為今后制備憶阻器并朝理想憶阻器方向逼近提供理論參考。
　　

5、本文分析了初始滲透率和初始滲透分布對(duì)逾滲導(dǎo)電通道網(wǎng)格模型中導(dǎo)電通道形成的影響，揭示了初態(tài)對(duì)單極性憶阻開關(guān)器件特性影響的規(guī)律，這些規(guī)律將對(duì)基于逾滲導(dǎo)電通道網(wǎng)格模型的憶阻器設(shè)計(jì)制備具有指導(dǎo)意義。為提高了計(jì)算效率，本文對(duì)逾滲導(dǎo)電通道網(wǎng)格模型做了簡(jiǎn)化，并通過仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明，該簡(jiǎn)化模型能反映啟動(dòng)階段單極性憶阻開關(guān)器件導(dǎo)電通道形成的實(shí)際情況。以這一模型為基礎(chǔ)，通過電壓激勵(lì)步進(jìn)的方式，首先研究了不同初始滲透率對(duì)單極性憶阻開關(guān)器件中逾滲導(dǎo)

6、電通道形成的影響。仿真結(jié)果表明：?jiǎn)?dòng)階段憶阻開關(guān)器件阻值具有波動(dòng)性，而且初始逾滲分布為全局隨機(jī)分布情況下，初始滲透率越大的憶阻器所需的平均啟動(dòng)電壓值越低。其次，還研究了不同初始滲透分布對(duì)單極性憶阻開關(guān)器件中逾滲導(dǎo)電通道形成的影響。仿真結(jié)果表明：?jiǎn)?dòng)階段單極性憶阻開關(guān)器件低阻態(tài)的阻值分布為類高斯分布，與實(shí)際器件一致；并且啟動(dòng)階段，單極性憶阻開關(guān)器件阻值波動(dòng)性均值和方差與初始摻雜濃度、摻雜分布等初態(tài)信息有關(guān)。通過進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生該現(xiàn)象的