6、忆阻器：提升硬件/软件安全的新型器件

忆阻器：提升硬件/软件安全的新型器件

1. 忆阻器简介

忆阻器是第四种基本的非易失性双端电气设备，其表现如同具有记忆功能的非线性电阻。忆阻器由电荷和磁通量之间的关系来定义，可分为磁通控制或电荷控制，取决于该关系能否表示为磁链（φ）或电荷（q）的单值函数。

电荷控制的忆阻器两端的电压为：
[v(t)=M(q(t))i(t)]
其中，(M(q)) 是忆阻，单位为欧姆，且
[M(q)=\frac{d\varphi(q)}{dq}]

同样，电荷控制的忆阻器电流为：
[i(t)=W(\varphi(t))v(t)]
其中，(W(\varphi)) 是忆导，单位为西门子，且
[W(\varphi)=\frac{dq(\varphi)}{d\varphi}]

在高频范围内，忆阻器可表现为简单电阻，而忆阻和电感依赖于忆阻器的过往状态。

2. 器件结构与基本模型

2008 年，R. Stanley Williams 及其同事在惠普实验室用二氧化钛和铂电极制造了忆阻器。该忆阻器由过渡金属氧化物（TiO₂）夹在两个铂金属电极之间构成。通过在过渡金属氧化物一侧制造氧空位，使该部分具有导电性。

一般来说，忆阻器可由多种绝缘材料夹在金属层之间制成，包括硫属化物、金属氧化物、钙钛矿和有机薄膜。

3. 忆阻器操作

忆阻器的操作可通过液压类比来理解。就像带有移动砂滤器的虚构管道，水流方向控制着设备状态。

同样，双极忆阻器的电阻状态由施加电压的极性控制，单极忆阻器由电压大小控制。忆阻器有高电阻状态（HRS，RO