憶阻器

憶阻器英文名為memristor, 用符號M表示，與電阻R，電容C，電感L構(gòu)成四種基本無源電路器件，它是連接磁通量與電荷之間關(guān)系的紐帶，其同時具備電阻和存儲的性能，是一種新一代高速存儲單元，通常稱為阻變存儲器（RRAM）。

憶阻器備受關(guān)注的重要應(yīng)用領(lǐng)域包括：非易失存儲（Nonvolatile memory），邏輯運(yùn)算（Logic computing），以及類腦神經(jīng)形態(tài)計(jì)算（Brain-inspired neuromorphic computing）等。這三種截然不同又相互關(guān)聯(lián)的技術(shù)路線，為發(fā)展信息存儲與處理融合的新型計(jì)算體系架構(gòu)，突破傳統(tǒng)馮·諾伊曼架構(gòu)瓶頸，提供了可行的路線。

在憶阻器研究不斷取得新成果的同時，基于憶阻器的多功能耦合器件也成為研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)。這些新型耦合器件包括：磁耦合器件、光耦合器件、超導(dǎo)耦合器件、相變憶阻器件、鐵電耦合器件等。

（一）憶阻器基礎(chǔ)研究測試

憶阻器研究可分為基礎(chǔ)研究、性能研究以及集成研究三個階段，此研究方法對阻變存儲器（RRAM）、相變存儲器（PCM）和鐵電存儲器（FeRAM）均適用。憶阻器基礎(chǔ)研究階段主要研究憶阻器材料體系和物理機(jī)制，以及對憶阻器器參數(shù)進(jìn)行表征，并通過捏滯回線對憶阻器進(jìn)行分類。憶阻器基礎(chǔ)研究測試包括：直流特性、交流特性及脈沖特性測試。

憶阻器直流特性測試通常與Forming結(jié)合，主要測試憶阻器直流V-I曲線，并以此推算SET/RESET 電壓/電流、HRS、LRS等憶阻器重要參數(shù)，可以進(jìn)行單向掃描或雙向掃描。憶阻器交流特性主要進(jìn)行捏滯回線的測試，捏滯回線是鑒別憶阻器類型的關(guān)鍵。憶阻器脈沖測試能有效地減小直流測試積累的焦耳熱的影響，同時，也可以用來研究熱量對器件性能的影響。由于憶阻器表征技術(shù)正向極端化發(fā)展，皮秒級脈沖擦寫及信號捕捉的需求日益強(qiáng)烈。

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（二）憶阻器性能研究測試

憶阻器性能研究測試流程如下：

非易失存儲器性能研究是通過測試憶阻器的循環(huán)次數(shù)或耐久力（Endurance）和數(shù)據(jù)保留時間（Data Retention）來實(shí)現(xiàn)。在循環(huán)次數(shù)和耐久力測試中，電阻測試通常由帶脈沖功能的半導(dǎo)體參數(shù)測試儀完成，由于被測樣品數(shù)量多，耗時長，需要編程進(jìn)行自動化測試。極端化表征情況下，SET/ RESET 脈沖由高速任意波發(fā)生器產(chǎn)生。

如果憶阻器被用于神經(jīng)元方面的研究，其性能測試除了擦寫次數(shù)和數(shù)據(jù)保留時間外，還需要進(jìn)行神經(jīng)突觸阻變動力學(xué)測試。突觸可塑性是大腦記憶和學(xué)習(xí)的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)，有很多種形式。按記憶的時間長短可分為短時程可塑性 (STP)和長時程可塑性 (LTP)，其中短時程可塑性包括雙脈沖抑制 (PPD)、雙脈沖易化 (PPF)、強(qiáng)直后增強(qiáng) (PTP)。此外還有一些其他的可塑性, 如: 放電速率依賴可塑性 (SRDP)、放電時間依賴可塑性 (STDP)等，它們是突觸進(jìn)行神經(jīng)信號處理、神經(jīng)計(jì)算的基礎(chǔ)。

憶阻器的導(dǎo)電態(tài)可以用來表示突觸權(quán)重的變化，通過改變刺激脈沖電壓的形狀、頻率、持續(xù)時間等參數(shù)來模擬不同突觸功能相應(yīng)的神經(jīng)刺激信號的特點(diǎn)，測量瞬態(tài)電流可以了解阻變動力學(xué)過程，獲得神經(jīng)形態(tài)特性的調(diào)控方法。同循環(huán)次數(shù)和耐久力測試相同，需要對帶脈沖功能的半導(dǎo)體參數(shù)測試儀或高速任意波發(fā)生器編程產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖序列，進(jìn)行自動化測試。

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審核編輯：湯梓紅