铝基薄膜忆阻器作为感觉神经系统的习惯化特性

感觉神经系统可在外界刺激与生物体反应之间建立联系.感觉神经系统中的最小单位神经元可直接将外界刺激传递至中枢神经,再由中枢神经通过控制和调节生物体对外界刺激作出反应.神经突触连接了相邻神经元进行脉冲信息传递功能.习惯化是神经突触在信息传递中过滤外界无关信息时的一个基本特性,可以让感觉神经系统更快速地适应外界环境变化.忆阻器模拟神经突触功能在近年获得进展,然而针对以忆阻器为基础的具有习惯化特性的神经突触以及完整神经系统的研究相对匮乏.本文利用磁控溅射技术制备了厚度约为40 nm且含铝纳米颗粒的氮化铝薄膜忆阻器,并发现这种结构忆阻器对于重复的外界刺激有明显的习惯化行为,该行为与感觉神经系统的习惯化特性极为相似.若将这种具有习惯化的神经突触与感觉神经元串联,可形成LIF(leaky integrate-and-fire)生物模型模拟完整的神经系统行为,也为忆阻器在第三代神经网络(脉冲神经网络)中的应用提供理论参考.

氧空位含量对铝基薄膜忆阻器的影响及稳定性研究

忆阻器因其电荷随流经电流变化的特性被认为是重要仿生器件之一。制备性能可控稳定的忆阻器是很有意义的。氧空位含量是影响材料阻变特性的关键因素之一,它对器件运行参数的影响至关重要。本文通过射频磁控溅射和高温退火的方法制备不同氧空位含量的铝基薄膜忆阻器。氧空位含量增加表明铝基薄膜内含有更多的游离Al原子,使流经器件电流增高。经过测试表明,含有较高氧空位含量的忆阻器拥有较高的开态电流(I_(on))10^(-2 )A、关态电流(I_(off))10^(-6 )A和较低的置位电压(V_(set))1.2 V。另外含有较高氧空位含量的样品同时还具有更短的激发时间0.7 s,其LRS状态的保持时间在85℃温度下可达219.9天。该研究为忆阻器在硬件制备和神经网络电路设计等应用提供了参考。