忆阻器综述
忆阻器诺贝尔物理学奖
忆阻器诺贝尔物理学奖忆阻器是一种新型电子器件，是在电阻器的基础上设计的。
和电阻器一样，忆阻器也是一种电阻性电子器件，但具有非常强的存储性能。
忆阻器使用了一种名为“电阻变化存储效应”的物理现象，这种物理现象是在一些特殊材料中发现的。
2010年，由于对于这一科学技术的开拓和创新，三位物理学家汉斯·戴恩茨、阿尔伯特·弗尔基和手塚治具有卓越的贡献，并因此共同获得了诺贝尔物理学奖。
忆阻器是一种可以记住之前状态并且将其保留下来的电子器件。
当电流通过忆阻器时，它的电阻值会发生变化。
同时它会保留下来最后一次经过的电流。
这个性质使得忆阻器不仅可以作为电路元件，还可以被用来存储信息。
忆阻器最初是由来自日本的手塚治首先提出的。
手塚治是一位材料科学家，他把忆阻器称为了“电子臭皮囊”。
这个名字是来自于日本传统文化中的一种玩具。
实际上，忆阻器是被用来创造一种可以模仿人类大脑行为的电子器件。
忆阻器的发明主要依靠了一种名为MgO（氧化镁）的材料，这种材料以前被用来制作陶瓷。
忆阻器中的MgO被压缩成了一层非常薄的膜。
当电流通过这个膜时，它会在里面产生巨大的压力，这样电阻就发生了重大的变化。
电阻值的变化是由MgO中的磁性颗粒的运动引起的。
这个特性使得忆阻器既可以读取信息，又可以存储信息。
当使用忆阻器进行存储时，它的电阻值会发生变化。
这就可以被用来表示一个数字或者字符。
同时，它的电阻值会被保留下来，这就相当于存储了一个二进制位。
在实际应用中，忆阻器可以被用来存储大量的数据。
因为它不需要外部电源来保持数据，所以它的存储器具有非常高的可靠性。
忆阻器的发明对于电子技术的进步有着非常重要的意义。
它可以被用来制作一些非常高效的电子器件。
随着忆阻器的不断发展和应用，这种技术在未来有望被用来替代传统的存储器技术。
忆阻器阻变层结构
忆阻器阻变层结构
忆阻器（Memristor）是一种电子器件，它的电阻值可以随着电流的方向和大小而改变，同时还可以记忆电流的方向和大小。
忆阻器的发明者是惠普实验室的科学家Leon Chua，于2008年首次提出了这个概念。
忆阻器的应用领域非常广泛，包括人工智能、神经网络、存储器等。
忆阻器的阻变层结构是忆阻器的核心部分，它由两个电极和一个阻变层组成。
阻变层通常由一种或多种金属氧化物组成，例如钛酸锶（SrTiO3）、钛酸钡（BaTiO3）等。
这些金属氧化物具有非晶态和晶态两种状态，通过控制电流的大小和方向，可以使阻变层在这两种状态之间转换。
阻变层的非晶态和晶态的电阻值是不同的，非晶态的电阻值较高，晶态的电阻值较低。
当电流通过忆阻器时，阻变层会发生相变，从而改变电阻值。
如果电流的方向和大小相同，阻变层会继续保持相同的状态，这就是忆阻器的记忆功能。
如果电流的方向或大小改变，阻变层就会发生相变，从而改变电阻值。
忆阻器的阻变层结构具有很多优点，例如快速响应、低功耗、高密度等。
因此，忆阻器被广泛应用于人工智能、神经网络和存储器等领域。
未来，随着忆阻器技术的不断发展，它将会成为电子器件领域的一个重要组成部分。
忆阻器
• 2008年（距蔡教授提出忆阻器已经37年过去了）
才出现了转机，另一个由 Stanley Williams 领 军的 HP 团队在研究二氧化钛的时候，意外地发 现了二氧化钛在某些情况的电子特性比较奇特。最 终由此制出了第四电子元件。
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忆阻器构成及原理
一块极薄的二氧化钛被夹在两个电极 中间，这些二氧化钛又被分成两个部 份，一半是正常的（图二中undoped 部分）二氧化钛，另一半进行了“掺 杂”（图二中doped部分），少了几 个氧原子。当“掺杂”的那一半带正 电，因此电流通过时电阻比较小，而 且当电流从“掺杂”的一边通向正常 的一边时，在电场的影响之下缺氧的 “掺杂物”会逐渐往正常的一侧游移 ，使得以整块材料来言，“掺杂”的 部份会占比较高的比重，整体的电阻 也就会降低。反之，当电流从正常的 一侧流向“掺杂”的一侧时，电场会 把缺氧的“掺杂物”从回推，电阻就 5 会跟着增加。
companylogo忆阻器最简单的应用就是作为非易失性阻抗存储器rram今天的动态随机存储器所面临的最大问题是当你关闭pc电源时动态随机存储器就忘记了那里曾有过什么所以下次打开计算机电源你就必须坐在那儿等到所有需要运行计算机的东西都从硬盘装入到动态随机存储器
1.发展历史介绍 2.原理介绍 3.特性 4.应用
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忆阻器的特性
• 忆阻器是一种有记忆功能的非线性电阻。通过控制
电流的变化可改变其阻值，如果把高阻值定义为 “1”，低阻值定义为“0”，则这种电阻就可以实现 存储数据的功能。 • 忆阻器器件的特征是它可以记忆流经它的电荷数量。 忆阻器的电阻取决于多少电荷经过了这个器件。即 使断电它的电阻也会保持不变，记住断电那一刻的 状态。 • 由于忆阻器的电阻值是随流过的电流来决定，所以 它也能定义除1和0以外的其他状态。
第四种电子元件——忆阻器
长沙学院CHANGSHA UNIVERSITY 《信息科学与技术导论》课程论文论文题目:第四种基本电路元件--忆阻器系部：电子与通信工程系专业：电子信息工程学生姓名：班级：学号长沙学院教务处二○一一年二月制摘要5年前《自然》杂志的一篇论文，让“忆阻器”三个字广为人知。
这一被美国加州大学伯克利分校教授蔡少棠于1971年预言存在的第四种基本电路元件，在经历晶体管时代漫长的“下落不明”后，被惠普实验室首先“找到”，轰动了全球电子学界。
忆阻器是一类具有电阻记忆行为的非线性电路元件，被认为是除电阻、电容、电感外的第四个基本电路元件。
本文回顾了忆阻器的概念和数学定义，重点介绍了惠普实验室的P t / T iO 2 / P t 三明治结构的忆阻器薄膜器件模型和忆阻器元件某些值得关注的特性，如滞回曲线特性。
阐述了忆阻器在D-RAM的替代品、类脑系统、生物记忆行为仿真、基础电路和器件设计方面的应用前景。
关键词：忆阻器，理想元件，忆阻应用ABSTRACT5 years ago "Nature" magazine of a paper，so that "memristor" words known. This is the University of California，Berkeley professor Leon Chua predicted the existence of a fourth basic circuit element in 1971，after the transistor era long "missing" after being the first "found" HP Labs，the global electronic academic sensation. Memristor is a class of nonlinear circuit element having a resistance memory behavior is considered in addition to resistors，capacitors，inductors outside the fourth basic circuit element. This paper reviews the memristor concept and mathematical definition，focusing on the HP Labs P t / T iO 2 / P t memristor film memristor device model and some of the sandwich structure components noteworthy features，such as hysteresis curve characteristics. Memristor elaborated in alternative D-RAM, the class brain systems, biological memory behavioral simulation, basic circuits and devices prospect design.Keywords：memristor，ideal components，memristive applications目录摘要................................................................................................................... I I ABSTRACT .......................................................................................................... I I 一引言.. 0二忆阻器的概念和定义 0三忆阻器应用领域及研究方向展望 (2)（一）D-RAM的替代品——非易失性阻抗存储器( RRAM) (2)（二）类脑系统——模拟大脑的功能 (3)四中国忆阻器现状 (4)（一）有望续写摩尔定律 (4)（二）国内外鲜明对比 (5)（三）鸿沟待跨越 (6)结束语 (6)参考文献 (7)一引言很多人知道电阻器（抵抗电流）、电容器（存储电荷）和电感器（抵抗电流的变化），但很少有人知道第四类可记忆二端元件：忆阻器、忆容器和忆感器。
水平结构两端忆阻器介绍
水平结构两端忆阻器介绍
水平结构两端忆阻器是一种电子元件，常用于电路中的存储和计算功能。
它是一种特殊的电阻器，具有记忆功能。
水平结构两端忆阻器由材料层和电极层构成，其中材料层是由一种特殊的材料制成，具有变阻特性。
水平结构两端忆阻器的工作原理是利用材料层中的电子在外加电压下的迁移和聚集，来改变电阻的大小。
当施加不同电压时，材料层中的电子会发生迁移，从而改变了材料的电阻值。
这种电阻的改变是可逆的，即当电压减小或者反向时，电子会重新迁移回原来的位置，使得电阻恢复到初始状态。
水平结构两端忆阻器具有多种优点。
首先，它的响应速度快，可以实现快速的存储和计算。
其次，它的功耗低，能够节省能源。
此外，水平结构两端忆阻器的尺寸小，体积轻巧，适合集成到微型电子设备中。
水平结构两端忆阻器在电子领域有着广泛的应用。
它可以用于存储器、逻辑电路、神经网络等电路中。
在存储器中，水平结构两端忆阻器可以实现高密度、高速度的数据存储。
在逻辑电路中，它可以实现计算和逻辑运算。
在神经网络中，它可以模拟神经元之间的连接和传递。
总结起来，水平结构两端忆阻器是一种具有记忆功能的电子元件，
可以实现存储和计算功能。
它具有快速响应、低功耗和小尺寸等优点，并且在电子领域有着广泛的应用。
通过不同电压的施加，水平结构两端忆阻器可以实现电阻的变化和恢复，从而实现数据的存储和计算。
它的出现和应用，推动了电子技术的发展和进步。
忆阻器综述
国内发展状况忆阻器的理论是于1971年由美国华裔科学家蔡少堂提出，并且在2008年被HP公司发现。
虽说有关忆阻器的发言权在西方国家，但是无论是最新理论创新方面还是忆阻器应用方面，我国在这方面的研究并不比他们落后多少。
早在上世纪九十年代（1991年），我国对气体放电灯的电压电流特性进行了深刻的研究，发现了气体放电灯的一些新性质，最后指出气体放电灯属于一种流控忆阻器，其特性不能用电路中的三个传统的基本元件来描述。
同时，它们对气体放电灯的一些忆阻特性进行了大篇幅的分析探讨[1]。
在1995年，他们又在原来的基础上发表了论文[2]，这篇论文主要研究气体放电灯在音频段至射频段的电压电流函数。
他们采用了新型电子仪器设备，对气体放电灯在该频段的动态特性进行了实验测试，得到了一些新的实验结果，并且进一步说明了气体放电灯的流控忆阻器特性。
借助于大量的实验，它们在音频段至射频段给出了气体放电灯的八组电压电流波形，波形显示，其形状如同一个分布在一三象限的八字形蝴蝶结，与惠普实验室的实验结果吻合的很好，这一发现比惠普实验室早了十多年，但是当时的科技发言权不再中国，使得我国的这一发现至今仍然鲜为人知。
2008年9月，我国清华大学校友陈怡然等人发表论文[3]，主要给出了基于纳米电子自旋效应的三种电子自旋忆阻器，属于世界领先水平。
电子自旋是原子中普遍存在的现象。
这篇论文根据纳米电子自旋产生的磁性效应，给出了三种电子自旋忆阻器，这三种忆阻器的原理不同于惠普实验室的二氧化钛双极开关模型，这种新型电子自旋忆阻器可以在从皮秒量级到微秒量级等不同的速率下进行电阻值的转换，以满足不同应用的需要，相信在不久的将来，这种忆阻器将会得到广泛的应用。
国外发展状况早在1995年，惠普实验室接到了科研上层的任务，即：研究纳米级的电子器件。
经过多年的研究与实验，在2006年就发现了用二氧化钛组成的忆阻器，并且在2008年第一个发表相关论文，同年5月份，惠普公司用两端纳米级电阻开关点阵器件实现了人工神经网络。
钙钛矿忆阻器的国内外研究
钙钛矿忆阻器的国内外研究钙钛矿忆阻器是一种具有忆阻效应的材料，其应用前景广阔，目前已经在国内外得到了广泛研究。
以下是对国内外钙钛矿忆阻器研究的简要综述。
国内研究在国内，关于钙钛矿忆阻器的研究已经得到了较为广泛的关注，许多实验室和研究机构都在该领域进行了深入的探索。
江苏大学的研究团队通过自组装技术制备出了一种新型的钙钛矿忆阻器，在其研究成果中向我们展示了一种基于钙钛矿材料的忆阻器，并且该忆阻器有着更低的电压响应和更高的输出电压。
上海交通大学的研究团队也在钙钛矿忆阻器方面进行了不少探索。
他们通过使用光学调控方法破坏钙钛矿中的对称性，使其具备巨大的忆阻效应。
同时，钙钛矿忆阻器也被用作了可再生能源设备中的节能模块，为该领域的开发做出了一定的贡献。
外国研究在国外，钙钛矿忆阻器更是受到了高度关注，英国、美国等国的实验室都在该领域进行了大量的研究工作。
英国剑桥大学的研究团队通过将钙钛矿材料与铁磁性材料结合，制作出了具有高比例性、低功耗和尺寸小的忆阻器。
该材料具备优异的忆阻效应，可望在未来的存储器中得到广泛应用。
美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的团队也在钙钛矿忆阻器方面有着卓越的研究水平。
他们发现钙钛矿忆阻器中的电子和离子在外加电场的作用下会发生迁移，这种现象可被用于制造更快的存储器和计算机，具有重要意义。
结论综上所述，钙钛矿忆阻器可以说是目前各国实验室研究的热点之一。
该材料具备良好的忆阻性能和应用潜力，有望在未来的电子设备中得到广泛应用。
在国内，江苏大学、上海交通大学等高校也在该领域取得了不少进展。
而在国际上，英国剑桥大学、美国伊利诺伊大学等的研究团队也在该领域有着优异的研究水平。
液态金属忆阻器
液态金属忆阻器
液态金属忆阻器是一种利用液态金属作为阻变介质的新型忆阻器，其具有较高的阻变比、快速响应速度和优良的耐久性等特点。
在液态金属忆阻器中，液态金属在一定条件下发生状态变化，从而改变其导电性能，实现阻变效果。
与传统的忆阻器相比，液态金属忆阻器具有更高的性能和可靠性，可以广泛应用于存储器、逻辑电路等领域。
液态金属忆阻器的制备工艺主要包括制备电极、制备阻变介质和制备介质/电极界面等步骤。
其中，制备电极通常采用金属薄膜沉积或印刷技术，制备阻变介质则可以采用液态金属直接注入或溅射等方法，而制备介质/电极界面则需要控制电极表面的粗糙度、平整度和清洁度等参数。
液态金属忆阻器的阻变机制主要包括金属-绝缘体转变和电化学反应两种类型。
在金属-绝缘体转变机制中，液态金属在一定条件下发生结构变化，由金属态转变为绝缘态，从而实现阻变效果。
而在电化学反应机制中，液态金属在电场作用下发生化学反应，生成不同导电性能的物质，从而实现阻变效果。
总之，液态金属忆阻器作为一种新型的阻变存储器件，具有较高的性能和可靠性，有望成为下一代存储器、逻辑电路等领域的重要技术之一。
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国内发展状况
忆阻器的理论是于1971年由美国华裔科学家蔡少堂提出，并且在2008年被HP公司发现。
虽说有关忆阻器的发言权在西方国家，但是无论是最新理论创新方面还是忆阻器应用方面，我国在这方面的研究并不比他们落后多少。
早在上世纪九十年代（1991年），我国对气体放电灯的电压电流特性进行了深刻的研究，发现了气体放电灯的一些新性质，最后指出气体放电灯属于一种流控忆阻器，其特性不能用电路中的三个传统的基本元件来描述。
同时，它们对气
体放电灯的一些忆阻特性进行了大篇幅的分析探讨[1]。
在1995年，他们又在原来的基础上发表了论文[2]，这篇论文主要研究气体放电灯在音频段至射频段的电
压电流函数。
他们采用了新型电子仪器设备，对气体放电灯在该频段的动态特性进行了实验测试，得到了一些新的实验结果，并且进一步说明了气体放电灯的流控忆阻器特性。
借助于大量的实验，它们在音频段至射频段给出了气体放电灯的八组电压电流波形，波形显示，其形状如同一个分布在一三象限的八字形蝴蝶结，与惠普实验室的实验结果吻合的很好，这一发现比惠普实验室早了十多年，但是当时的科技发言权不再中国，使得我国的这一发现至今仍然鲜为人知。
2008年9月，我国清华大学校友陈怡然等人发表论文[3]，主要给出了基于
纳米电子自旋效应的三种电子自旋忆阻器，属于世界领先水平。
电子自旋是原子中普遍存在的现象。
这篇论文根据纳米电子自旋产生的磁性效应，给出了三种电子自旋忆阻器，这三种忆阻器的原理不同于惠普实验室的二氧化钛双极开关模型，这种新型电子自旋忆阻器可以在从皮秒量级到微秒量级等不同的速率下进行电阻值的转换，以满足不同应用的需要，相信在不久的将来，这种忆阻器将会得到广泛的应用。
国外发展状况
早在1995年，惠普实验室接到了科研上层的任务，即：研究纳米级的电子器件。
经过多年的研究与实验，在2006年就发现了用二氧化钛组成的忆阻器，并且在2008年第一个发表相关论文，同年5月份，惠普公司用两端纳米级电阻开关点阵器件实现了人工神经网络。
2008年6月1日，美国波士顿George Mason University研究生Victor
Erokhin 和M.P.Fontana研制了一个聚合体忆阻器[4]
2008年7月15日，惠普实验室高级科研者Stanley Williams等人发表论
文[5]，主要讲到了纳米级金属/氧化物/金属开关的忆阻特性，揭示了它属于一个
双极开关，以及它的忆阻器开关特性与机制。
2008年8月26日，韩国三星公司在他们所研制的双层氧化物器件中发现了电流记忆特性，并且表明它也属于一种忆阻器，这个忆阻器的工作机理也与惠普实验室的有所不同。
2008年11月底，美国加州大学伯克利分校，美国半导体行业协会和美国国家科学基金会共同举办了忆阻器及忆阻系统研讨会，惠普实验室在会上展示了忆阻器的最新进展———世界首个3D忆阻器混合芯片。
2009年1月，Massimiliano Di Ventra,Yuriy V.Pershin,Leon O. Chua
发表论文[6]，这篇论文把忆阻器系统的概念推广到电路其他三个基本元件，并且
对其特性进行了大胆的猜想与论证。
2009年四月，美国密歇根大学科学家开发出一种由纳米级忆阻器构成的芯片，该芯片能存储1千比特的信息。
发表在《纳米通讯》上的此项研究成果将有可能改变半导体产业，使成功研制出更小、更快、更低廉的芯片或电脑成为可能。
忆阻器可以作为电脑元件，可在一简单封装中提供内存与逻辑功能。
此前，由于可靠性和重复性问题，所展示的都是只有少数忆阻器的电路，而研究人员此次展示的则是基于硅忆阻系统并能与CMOS兼容的超高密度内存阵列。
虽然1千比特的信息量并不算大，但研究人员仍认为这是一大飞跃，这将使该技术更易于扩展以存储更多的数据。
芯片研制者、密歇根大学电气工程与计算机科学系副教授吕炜表示，在一个芯片上集成更多的晶体管已变得越来越困难，因为晶体管缩小导致功耗增加，且难以安排所有必需的互连，将器件差异做到最小的成本也很高。
而忆阻器的结构更简单，它们更易于在一个芯片上封装更多的数量，以达到最高可能密度，对于内存这样的应用更具吸引力。
美国惠普公司科学家2010年4月8日在《自然》杂志上撰文表示，他们在忆阻器（memristor）设计上取得重大突破，发现忆阻器可进行布尔逻辑运算，用于数据处理和存储应用。
科学家认为，公众将在3年内看到忆阻器电路，其或许可取代目前似乎已经处于“穷途末路”的硅晶体管，最终改变整个电脑行业。
目前，最先进的晶体管的大小为30纳米到40纳米，比一个生物病毒还小（一个生物病毒约为100纳米），惠普纳米技术研究实验室的资深专家斯坦·威廉姆斯表示，惠普现正着手研究3纳米级的忆阻器，开、关的时间只需要十亿分之一秒。
参考文献
1、杨丽徒，王连才，秦克敬等，《气体放电灯的电路特性》， 1991年
2、杨丽徒，王连才，秦克敬等，《气体放电灯的电压电流函数》，1995年
3、陈怡然等人，《Spintronic Memristor Through Spin-Torque-Induced》，IEEE
Transactions，2008年9月
4、Victor Erokhin ,M.P.Fontana,George Mason University,
《Electrochemically controlled polymeric device》, 2008年6月1日5、Stanley Williams，Memristive switching mechanism formetal/oxide/metal
nano-devices，Nature Nanotechnology，2008年7月15
6、Massimiliano Di Ventra,Yuriy V.Pershin,Leon O. Chua,circuit elements
with memory:memristors,memcapacitors and meminductors,2009,1。