[发明专利]一种单极型忆阻器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及非线性电路应用领域，具体涉及一种单极型忆阻器及其制备方法。

背景技术

早在1971年，国际非线性电路和细胞神经网络理论先驱，美国加州大学Berkeley分校的Leon Chua(蔡少棠)基于电路理论逻辑上的完整性，从理论上预言电路中除了电阻、电容、电感外的第四个基本元件—忆阻器的存在。2008年5月，惠普实验室的研究人员成功实现了世界上首个能工作的忆阻器原型，从而证实了Chua有关忆阻器的学说，引起了世界范围内的强烈关注。由于忆阻器具有非易失性、突触功能和纳米尺度结构，在高密度非易失性存储器、人工神经网络、大规模集成电路、可重构逻辑和可编程逻辑、生物工程、模式识别、信号处理等领域具有巨大的应用前景，将为制造存储精度无限、超高存储密度的非易失性存储设备、具有能够调节神经元突触权的人工神经网络和类似人类大脑方式处理与联系信息的模拟式计算机等的发展铺平道路，给计算机的制造和运行方式带来革命性变革。作为一种新的基本电路元件，忆阻器的出现增加了电路元件的多样化，为电路理论研究和电路设计提供了一种全新的发展空间。

随着HP忆阻器的发现，国际上一些从事阻性存储研究的科研机构和学者也相继开展了有关实物忆阻器方面的研究，不断有新的忆阻材料以及忆阻体系报道。目前的研究从实现忆阻性能的机理上，可分为基于边界迁移模型，基于电子自旋阻塞模型，基于相变机制，基于丝导电机制等。目前国内对忆阻器的研究还比较少，已有研究中大多侧重于忆阻电路与系统的研究。尽管近年来忆阻器研究取得了较大的进展，但我们也要看到，作为一个基本的电路元件来说，忆阻器研究才刚刚起步，主要表现在以下几个方面：

（1）近年来不断有新的忆阻材料及忆阻体系报道，但目前物理实现的忆阻器模型还很少且相对单一（多为双极型器件），尚无统一的普适模型对忆阻器行为进行描述。

近年来报道的实物忆阻器大都是针对某类应用或模拟某种功能（如高密度非易失性存储器、Crossbar Latch技术、模拟神经突触）而提出的，大多采用与HP忆阻器相类似的具有双极性阻变行为（即其阻变行为与所加电压极性有关）的开关模型和工作机理，且制作工艺复杂、成本高，对于研究忆阻器特性、忆阻电路理论以及电子电路设计等不具有一般性和普适性。

（2）作为一类新型的基本电路元件，具有单极性阻变行为的忆阻器因其阻变行为与所加电压极性无关，对于忆阻器特性分析和一般电路理论研究及电路设计来说更具有一般性和普适性。但目前鲜有单极型实物忆阻器报道。人们是在对阻变存储器的研究基础上发现了忆阻行为的，阻变研究是忆阻发现的实验基础。而研究和物理实现具有单极性阻变行为的实物忆阻器，对于忆阻器特性分析和一般电路理论研究及电路设计来说更具有一般性和普适性，具有重要的意义。文献[T.Driscoll,H.T.Kim,B.G.Chae,et al.,Phase-transition driven memristive system.Appl.Phys.Lett,2009,95(4):043505]报道的基于相变机制的VO2忆阻器，虽是单极型忆阻器，但由于该忆阻器的忆阻效应基于金属-绝缘体相变，而相变过程需要一定温度条件，因此该忆阻器有一致命缺陷：只有在一定温度范围内才能实现其忆阻效应。

（3）目前尚未实现商业化生产。大多数研究者难以获得一个真正的忆阻器元件，致使很多研究者在研究忆阻器和忆阻电路时，因为缺乏忆阻器元件而无法开展真正物理意义上的硬件实验，更多的是依靠仿真或模拟电路来进行实验研究。然而，忆阻器仿真模型和模拟电路离实际的忆阻器特性相差甚远，用模拟电路进行的硬件实现更多考虑的也是模拟忆阻器数学模型而忽略了忆阻器的本质物理特性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种特别适用于一般电路理论研究和电路设计、具有一般性和普适性、价格低廉且易于物理实现的单极型忆阻器。

本发明所述的单极型纳米薄膜忆阻器，包括两个电极及置于二者之间的Ba_(1-x)Sr_xTiO_3-δ纳米薄膜，其中，0<x<1，0<δ<3。

本发明所述的单极型纳米薄膜忆阻器，其中X射线衍射测得所述薄膜的主晶相为Ba_(1-x)Sr_xTiO₃，应用交流阻抗谱揭示其ppm级电性能显微结构，可发现该薄膜实际为富含氧缺陷即氧空位的Ba_(1-x)Sr_xTiO_3-δ。