1、双端神经形态忆阻器：从基础到应用的深度剖析

双端神经形态忆阻器：从基础到应用的深度剖析

在当今飞速发展的科技领域，神经形态计算作为一种极具潜力的计算范式，正逐渐成为研究的热点。双端神经形态忆阻器作为神经形态计算的关键组件，其性能和应用前景备受关注。以下将深入探讨双端神经形态忆阻器的相关知识。

1. 忆阻器件概述

忆阻器件是一种具有固有记忆功能的电阻性器件。1971 年，蔡教授创造性地提出了忆阻器理论，2008 年，惠普公司将其与物理器件联系起来。此后，由于忆阻器件在数据存储、逻辑运算和神经形态计算等应用中具有结构简单、操作速度快和功耗低等显著优势，在过去十年中得到了广泛研究。

2. 忆阻器件结构与材料

2.1 忆阻器件结构

典型的忆阻器件具有金属/绝缘体/金属（MIM）结构，由夹在两个金属电极（可能不同）之间的开关层组成。这种简单的结构使得高可扩展的交叉点和多层堆叠存储结构成为可能，为构建大型神经网络和神经形态计算系统带来了希望。

电极在忆阻器件的电阻开关行为中起着至关重要的作用。除了常见的金属（如 Ag、Cu、Pt、Au、Al 和 W）外，还有多种导电材料被探索用作忆阻器的电极，包括氮化物（如 TiN）、碳材料（如石墨烯和碳纳米管）、导电氧化物（如 ITO 和 SrRuO3）以及 p 型和 n 型 Si 等。其中，Ag 和 Cu 因其在低电场下能溶解于薄膜电解质且具有高离子迁移率而备受青睐。

开关层是忆阻器件中发生电阻开关的关键层，对器件性能有重大影响。通常，开关层是绝缘体或半导体，且多为薄膜形式，这与半导体行业的大规模集成相兼容。近年来，纳米颗粒、纳米线、二维（2D）材料和三维纳米阵列等其他形式的开关层也受到了广泛研究。