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，它表现为具有记忆功能的非线性电阻。从理论上来说，忆阻器由电荷和磁通量之间的关系来定义。根据这种关系能否表示为磁链（φ）或电荷（q）的单值函数，忆阻器可分为磁通控制型或电荷控制型。

电荷控制型忆阻器两端的电压公式为：
[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，磁通控制型忆阻器的电流公式为：
[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，忆阻器在任何时刻都可表现为简单电阻，而忆阻和电感则依赖于忆阻器的历史状态。

2. 器件结构和基本模型

2008 年，R. Stanley Williams 及其在惠普实验室的同事们使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。在过渡金属氧化物的一侧会产生一些氧空位，使该部分层变得导电。

二氧化钛原本是高电阻的电绝缘体，但改变其中的氧含量可以降低其电阻。TiO₂ - x 层被称为“掺杂”层，因为这些氧缺陷效应类似于半导体中添加的杂质原子。一般来说，忆阻器可以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. 忆阻器的操作