[发明专利]一种利用忆阻器进行非易失性复杂运算的方法

权利要求书

1.一种利用忆阻器进行非易失性复杂运算的方法，包括如下步骤：

S1、针对忆阻器设定逻辑状态的含义；

当忆阻器两端电压作为逻辑输入时，将可使器件发生转变的电压脉冲设定为1；将接近于0的电压设定为0；

当忆阻器状态对应逻辑状态时，忆阻器处于低电阻状态表示逻辑状态为1；忆阻器处于高电阻状态表示逻辑状态为0；

S2、设置忆阻器的器件结构；

采用交叉阵列结构的器件，字线代表顶电极；位线代表底电极；垂直方向上，顶电极与底电极之间夹着一层阻变层；字线和位线的每一个交点均为一个忆阻器；同一条字线上的忆阻器具有相同的顶电极电位；同一条位线上的忆阻器具有相同的底电极电位；

S3、利用忆阻器实现复杂运算；

设置利用忆阻器进行布尔逻辑运算的两种方式，针对两种方式进行配置实现非易失性复杂运算；

所述两种方式分别是：将忆阻器的电压值作为逻辑输入进行布尔逻辑运算和将忆阻器器件状态作为逻辑输入进行布尔逻辑运算；

忆阻器布尔逻辑运算方式一：将忆阻器的电压值作为逻辑输入，输出为忆阻器器件的阻态，实现逻辑AND操作和逻辑OR操作；具体是：

将忆阻器器件两端电压作为逻辑输入，利用两端电压差引起器件阻变实现布尔逻辑；

当忆阻器器件初始态是1时，通过在字线不断加输入变量，同时保持位线高电压，输出器件的阻态，由此实现AND操作；当忆阻器器件初始态为0时，通过位线接地实现OR操作；利用同一位线的忆阻器器件可并行实现逻辑操作；

忆阻器布尔逻辑运算方式二：将忆阻器器件状态作为逻辑输入，输出为忆阻器器件的阻态，实现逻辑NOR操作、逻辑NOT操作、逻辑OR操作。

2.如权利要求1所述的利用忆阻器进行非易失性复杂运算的方法，其特征是，先采用忆阻器布尔逻辑运算方式一，在同一位线的忆阻器器件中并行实现逻辑AND和逻辑OR操作；然后将忆阻器器件的状态作为输入，采用忆阻器布尔逻辑运算方式二，通过忆阻器器件阻态之间的相互作用实现逻辑NOR、OR、NOT操作，由此实现利用忆阻器进行非易失性复杂运算。

3.如权利要求1所述的利用忆阻器进行非易失性复杂运算的方法，其特征是，所述忆阻器布尔逻辑运算方式二具体将忆阻器器件的高低阻态作为逻辑的输入，利用忆阻器器件阻态的相互作用实现布尔逻辑，用忆阻器器件的阻态表示输出；

通过在输入的两个忆阻器器件的字线上施加V/2，输出器件的原始状态为0，在输出器件字线上施加大电压脉冲V，在两个输入器件的字线上施加V/2，并保持位线接上电阻之后接地，电阻阻值在忆阻器高低阻态之间，由此实现NOR的逻辑操作；

通过在输入的一个忆阻器器件的字线上施加V/2，输出器件的状态原始状态为0，在输出器件字线上施加V，并保持位线接上电阻之后接地，由此实现NOT的逻辑操作；

通过将输入的两个忆阻器器件的字线接地，输出器件的状态原始状态为0，在输出器件字线上施加V，并使位线接上电阻之后施加V/2，由此实现OR的逻辑操作。

4.一种用于进行权利要求1所述的非易失性复杂运算的忆阻器，其特征是，采用交叉阵列结构；包括顶电极、底电极；垂直方向上顶电极与底电极之间夹着一层阻变层；字线代表顶电极；位线代表底电极；字线和位线的每一个交点均为一个忆阻器；同一条字线上的忆阻器具有相同的顶电极电位；同一条位线上的忆阻器具有相同的底电极电位；所述顶电极和底电极由金属材料通过CMOS工艺实现；在忆阻器器件两端施加脉冲电压可使得器件在高阻态和低阻态之间发生转变。

5.如权利要求4所述的忆阻器，其特征是，忆阻器的顶电极、底电极采用的金属材料为Ti、Al、Au、W、Cu、Pt和TiN中的一种或多种；电极材料的厚度为20nm～200nm。

6.如权利要求4所述的忆阻器，其特征是，忆阻器的阻变层的材料采用SiO₂、TiO₂、Al₂O₃、TaO_x、HfO_x或SrTiO₃，厚度为5nm～100nm；或采用有机材料，厚度为30nm～500nm。

7.如权利要求6所述的忆阻器，其特征是，有机材料为parylene。