憶阻器件模型分析及其在突觸和控制器中的應用研究.pdf

1、隨著電子信息技術的快速發(fā)展，人們對電子元件性能和電路集成度的要求越來越高。傳統(tǒng)的晶體管不論在結構尺寸、制作工藝還是在功能方面都面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)，與之相關的其他領域的發(fā)展也出現(xiàn)了瓶頸。特別地，需要高度集成和大量信息處理的神經(jīng)網(wǎng)絡以及需要實時改變內(nèi)部參數(shù)以適應眾多不確定因素的PID控制系統(tǒng)都面臨著以上難題。憶阻器件，一類新興的電子元件，它的記憶功能使它特別適合做為突觸應用在神經(jīng)網(wǎng)絡之中，而阻值連續(xù)可調(diào)的特點又為它做為一個可調(diào)參數(shù)代替PID控

2、制器中的固定參數(shù)提供了有利條件。此外，它的納米級尺寸對縮減整個神經(jīng)網(wǎng)絡和控制系統(tǒng)的體積、提高集成度來說是很有幫助的。
　　本文首先從基本的憶阻器模型出發(fā)，對HP憶阻器、自旋憶阻器這兩種常見的模型進行了物理結構的介紹、工作原理的闡述、數(shù)學方程的推導、數(shù)值仿真的展示。在此基礎上，考慮到尺寸對憶阻器的重要性，利用基于概率分布的蒙特卡洛算法，分析了尺寸的微小變化對兩種憶阻器的影響，并將兩種憶阻器進行了簡單的比較。
　　其次，聚焦于憶

3、阻器的突觸功能。以鈀-氧化鎢-鎢結構的憶阻器模型為例，對它的工作原理、數(shù)學方程進行了推導，并通過與突觸所具有的實際功能間的比較指出了原模型的不足。經(jīng)改善擴散項對原模型進行了改進，使它具有了突觸的典型功能，比如長、短期記憶特性、遺忘特性等。此外，由于溫度也會影響離子擴散系數(shù)的大小，通過構建基于溫度的記憶衰減函數(shù)，探究了不同溫度條件下，突觸權值的變化情況。結果發(fā)現(xiàn)，溫度越高突觸權值衰減的越快，反之，越慢。
　　接著，從另一種憶阻器件—

4、憶感器的角度，研究了它的突觸特性。以一種常見的憶感器模型為例，仿真出了它的狀態(tài)變量隨時間的變化曲線。經(jīng)與實際遺忘曲線對比，發(fā)現(xiàn)原憶感器模型就像預料之中的那樣不具有真正的突觸特性。然后，從匹配的角度，通過添加一些額外的動態(tài)參數(shù)，改變了狀態(tài)變量變化率方程，發(fā)現(xiàn)了原模型所不具有的長、短期記憶特性和經(jīng)驗學習現(xiàn)象，很好地擬合出了突觸的實際功能。
　　最后，做為憶阻器實際的應用，以一個基于運算放大器的PID控制電路為對象，經(jīng)推導發(fā)現(xiàn)它是一個參