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)摩爾定律的有力競爭者，可能在不遠(yuǎn)的將來成為新一代非易失存儲介質(zhì)。基于憶阻器可望構(gòu)建邏輯、存儲、計算三位一體的新一代計算機(jī)體系架構(gòu)，而基于此體系架構(gòu)設(shè)計的即開型個人計算機(jī)將給高速發(fā)展的信息化社會帶來全新的面貌。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際憶阻器呈較好的一致性，從而揭示了理想憶阻器與實際憶阻器數(shù)學(xué)上的差異，這些差異將對憶阻器的制備產(chǎn)生指導(dǎo)性作用。理想憶阻器是一個雙端器件，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雙端器

3、件是否為理想憶阻器的必要條件?；萜盏菼T企業(yè)和一些大學(xué)的研究單位制備出了憶阻器實物，一些傳統(tǒng)電子器件也被認(rèn)為是憶阻器，但是這些實際憶阻器所測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憶阻值和阻值變化率連續(xù)性的限制，與實際憶阻器依然存在差異，同時也制約了實際憶阻器的數(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際憶阻器。最后通過幾個典型的憶阻器，分析驗證了該表達(dá)在描述伏安特性方面與實際憶阻器的一致性。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)律將對基于逾滲導(dǎo)電通道網(wǎng)格模型的憶阻器設(shè)計制備具有指導(dǎo)意義。為提高了計算效率，本文對逾滲導(dǎo)電通道網(wǎng)格模型做了簡化，并通過仿真實驗進(jìn)行了驗證，結(jié)果表明，該簡化模型能反映啟動階段單極性憶阻開關(guān)器件導(dǎo)電通道形成的實際情況。以這一模型為基礎(chǔ)，通過電壓激勵步進(jìn)的方式，首先研究了不同初始滲透率對單極性憶阻開關(guān)器件中逾滲導(dǎo)

6、電通道形成的影響。仿真結(jié)果表明：啟動階段憶阻開關(guān)器件阻值具有波動性，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電壓值越低。其次，還研究了不同初始滲透分布對單極性憶阻開關(guān)器件中逾滲導(dǎo)電通道形成的影響。仿真結(jié)果表明：啟動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，與實際器件一致；并且啟動階段，單極性憶阻開關(guān)器件阻值波動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