忆阻器作业
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。
忆阻器等效电路设计
忆阻器等效电路设计
忆阻器等效电路设计是一种基于忆阻器的电路设计方法，用于实现电路的特定功能。
忆阻器是一种特殊的电阻器，具有记忆和可编程功能，可以存储和调整电阻值。
在忆阻器等效电路设计中，忆阻器被用作可编程电阻元件，该电路可以根据输入信号实现不同的电阻值和功能。
忆阻器等效电路设计可以应用于各种电路中，包括数字电路和模拟电路。
在数字电路中，忆阻器等效电路设计可以用于实现数字信号的存储、延迟和滤波等功能。
在模拟电路中，忆阻器等效电路设计可以用于实现模拟信号的放大、滤波和正弦波形变换等功能。
忆阻器等效电路设计的实现过程包括忆阻器电路的设计和电路元件的连接。
首先需要确定电路的设计目标和功能，然后选择适合的忆阻器类型和电路元件。
接下来，需要确定电路的拓扑结构和电路元件的参数值，通过仿真和调试验证电路的性能和稳定性。
最后，将电路元件连接起来，实现忆阻器等效电路的设计目标和功能。
总之，忆阻器等效电路设计是一种灵活、高效的电路设计方法，可以实现各种电路的特定功能。
它的应用范围广泛，具有重要的理论意义和实际应用价值。
忆阻器测试方法
忆阻器测试方法
忆阻器（Memristor）是一种具有记忆功能的电阻器，其电阻
值可以根据电流和电压的历史变化来改变。
在测试忆阻器时，可以采用以下方法：
1. 电阻测试：将忆阻器连接到一个直流电源和一个电流表上，通过在不同电压下测量电流来计算忆阻器的电阻值。
可以通过改变电压的方向和大小来测试不同极性和不同电压条件下的电阻值。
2. 脉冲测试：使用一个脉冲电源来周期性地改变忆阻器的电压，并测量在每个脉冲之后的电流响应。
通过分析电流响应曲线，可以推断和评估忆阻器的电阻变化和记忆效应。
3. 循环测试：通过以不同的速率和幅度来改变电压，周期性地在忆阻器上施加电压信号，然后测量电流响应。
通过观察电流响应的变化情况，可以评估忆阻器的循环寿命、稳定性和可靠性。
4. 模拟信号测试：通过在忆阻器上施加不同幅度和频率的模拟信号，并测量电流响应来评估和分析忆阻器在模拟信号处理方面的性能。
这些测试方法可以帮助检测和评估忆阻器的基本电性能、循环寿命、稳定性和可靠性等特性，对于忆阻器的研究和应用具有重要意义。
忆阻器存算
忆阻器存算
忆阻器，全称记忆电阻器（Memristor），是继电阻、电容、电感之后的第四种电路基本元件，最早由加州大学伯克利分校教授蔡少棠在1971 年预言存在，惠普公司在2008 年研造成功。
忆阻器的工作原理是：其电阻会随着通过的电流质而扭转，而且就算电流进行了，它的电阻依然会停留在之前的值，直到承遭到反向的电流它才会被推回去，就是说能“记住”之前的电流质。
受人脑启发，忆阻器设备被组织成交叉点阵列，以实现大规模并行的内存计算并提高电源效率。
目前，基于多个忆阻器阵列实现的存算一体化开发板已经出现。
该阵列芯片以忆阻器替代经典计算机底层的晶体管，以更小的功耗和更低的硬件成本大幅提升计算设备的算力，在一定程度上突破了传统计算框架“冯诺依曼瓶颈”的限制：大幅提升算力的同时，实现了更小的功耗和更低的硬件成本。
忆阻器应用
突触的本质是一个两端器件，与忆阻器有惊人的相似之处，忆阻器的电导可以通过控制流过它的电荷和电流来改变。
Jo等人描述了突触功能在纳米硅基忆阻器中的实现，特别是，他们证实了激励时间依赖的可塑性（STDP，一个重要的突触修饰竞争学习规则），可以在包含CMOS神经元和忆阻器突触的突触/神经元混合电路中实现。
Pershin等人利用忆阻器神经元模型的概念进行进一步的研究，其中忆阻器被用来模拟变形虫的学习行为。
Pershin等人使变形虫经受温度的变化，发现变形虫会降低其在温度降低过程中的运动。
接着，他们应用一个周期性的温度变化，其特征在于先将温度降低，然后返回正常状态。
可以观察到，变形虫会学习温度变化时的频率，并且温度变化一旦停止，变形虫会在预期的降低温度下继续减缓其移动。
一个简单的忆阻器电路可以用来建立变形虫学习行为的模型。
在这种情况下，改变电压用来模拟温度的变化。
有趣的是，实验表明如果温度变化不是周期性的，而是以某种方式被中断，变形虫（以基于忆阻器电路模型的变形虫）在刺激一旦停止的情况下不会预期到这种变化。
研究人员采用忆阻器“仿真器”建立了一个神经网络。
仿真器包含数字电位器、模拟/数字(A/D)转换器和一个可编程的微控制器，以提供忆阻器的I-V特性。
神经网络被用来描述联想学习，它包含三个神经元，每一个都可用来作为食物的视景、声音和流涎。
这样设计，是为了刺激视觉神经元能够导致流涎神经元的激发。
最初，刺激声觉神经元没有导致唾液分泌。
本研究的目的是培养基于忆阻器电路，以便声音可以与食物的视觉联系并因此触发流涎神经元。
这个结果表明这确实是可能的，很像Pavlov的狗，在电路调试之后，当声觉神经被刺激时，流涎神经元也被激发，从而证明了采用一个非常简单的忆阻器为基础的电路的联想学习功能。
3.电路器件设计忆阻器以其独特的记忆性能和电路特性，在电路器件设计方面给人们提供了新的思路。
如依赖其记忆性能的高密度非易失性存储器，基于忆阻器电学性能的参考接收机、调幅器。
电路第四基本元件—忆阻器的探索与研究
电路第四基本元件—忆阻器的探索与研究电路中的基本元件包括电阻器、电容器、电感器以及忆阻器。
忆阻器是一种特殊的电阻器，具有特殊的电学性能和磁学性能。
在大多数电子设备和电器中，都有使用忆阻器的情况，其作用也越来越受到人们的关注。
本文将探索和研究忆阻器的基本特性，并分析其在电路中的应用。
忆阻器的基本特性忆阻器是指通过材料本身磁学性能的变化来调整电流的大小和方向。
忆阻器在电路中的作用和电阻器相似，都是对电流的阻碍作用。
但是，忆阻器具有比电阻器更加特殊的电学性能，如忆阻器的电阻值可以由电流大小和方向的变化而变化。
忆阻器的磁学性能是起源于其材质的本身性能。
其中，最常用的材质是铁氧体和磁性体。
这些材质可以在外加电磁场的作用下，产生特殊的磁学性能，从而实现电流大小和方向的调整。
值得注意的是，忆阻器的磁学性能可以受到外界环境的影响，例如温度和磁场强度等。
忆阻器的应用忆阻器在电路中有着广泛的应用，这种特殊的电路元件可以改变电流的大小和方向，对于各种电器和电子设备的正常运行至关重要。
下面，将分析忆阻器的主要应用。
1. 传感器：忆阻器可以作为温度传感器、压力传感器、磁场传感器等各种传感器的关键元件。
通过忆阻器的电学性能，可以将传感器中的物理信号转换成电信号，进而实现各种自动化控制。
2. 记忆器：忆阻器也可以用于存储数字信号或模拟信号。
通过电流方向的变化，可以实现数据存储和记忆的功能。
3. 滤波器：忆阻器可以作为高低通滤波器的关键元件，通过其特殊的电学性能，可以实现滤波效果，从而保证电路信号的稳定和可靠性。
4. 电源保护：忆阻器可以用于电源过流保护，通过对电路中的电流大小和方向的控制，可以有效地保护电源和电器设备的安全运行。
总之，忆阻器是一种特殊的电路元件，具有独特的电学性能和磁学性能，在电子设备和电器中具有广泛的应用。
忆阻器的应用不仅限于传感器、滤波器和电源保护，还应用于全球通信、智能手机、计算机和其他多种电器设备。
随着技术的不断创新和发展，忆阻器也将在更多的领域展现其强大的应用优势。
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忆阻器为基础的非易失性随机存取内存：混
合架构的低功耗紧凑的存储器设计
摘要
在本文中，一种通过基于忆阻器的非易失性静态随机存取存储器（SRAM）单元采用忆
阻器和金属氧化物半导体器件的组合的设计的新方法被提出。忆阻器与台湾半导体制造公司
的180纳米的MOSFET 技术被用于构成一个单细胞。此单元的预测的区域显著地少，并且
平均 读写功率比相同的互补金属氧化物半导体技术的一个常规的6-T的SRAM单元少25倍。
读时间比6-T的SRAM单元少得多。然而，写入时间是有一点高，但是可以通过增大忆阻器
的流动性得到改善。非易失性特性细胞使得非易失性随机存取存储器设计有吸引力。
关键词：CMOS，记忆元件，忆阻器，SPICE model，非易失性随机访问存储器
引言
1971年蔡少堂[1]假设四分之一无源二端电路称为忆阻器元件（另外三个存在的元器件即电
阻器，电容器，还有一个是电感）。在2008年，研究人员在惠普（HP）实验室报告说，忆
阻器是采用物理双端钛 - 二氧化钛（TiO2）纳米器件[2]。惠普实验室所描述的首次实验demo
证明了物理忆阻器的存在，终于验证了蔡少堂的理论，在电子和企业界引起了巨大的轰动[3]。
基本上，忆阻器是一个有记忆的电阻，当有电压通过它的时候，它的阻值能够一直保持到那
个值，直到电压移除或者改变。忆阻器与它们主要的不同是，其他三个传统的元器件都是线
性的，而忆阻器是非线性的。
惠普忆阻器利用了二氧化钛纳米级材料的薄膜性质。忆阻器的其他物理的实施方案也是可能
的，最近一直提出的那个耦合流和自旋传输在纳米级尺寸，可用于实现忆阻器忆阻[4]，[5]。
在许多文献中模拟电路和忆阻器的结合已经出现很多。Witrisal认为忆阻器在超宽带接收器，
以减少信号的处理功率[6]。忆阻器也可用作可编程电阻负载运用在差分放大器 [7]。Varghese
和Gandi使用忆阻器作为一个互补金属氧化物半导体（CMOS）的差分对和一个源极退化元
件[8]。参考文献[9]可见各种基于模拟忆阻器内存包括运算放大器基于可变增益放大器（VGA）
的可编程模拟功能块。脉冲编程手段在忆阻器用于模拟记忆的微分放大器中的应用被考虑在
[10].
由于忆阻器的可行性，它被众多的科学家们所研究，特别是作为未来的一种强有力的候选预
备材料[11]，非易失性的属性和在交叉开关中高的堆积密度，特别能让研究者们兴奋，我们
所提出的电路的的主要特点是他的非易失性，数据能够被存储在内存中特别是当在非特定的
时间电源被关掉，另一个应用前景是相比传统的6T-SRAM，电路的尺寸能够被大幅度的消减
由于只有三个晶体管所提出的电路的每个单元中使用时，其面积可以比常规的SRAM单
元少得多。在建议的结构所消耗的功率是显着地低于常规的SRAM结构。所有这些功能都在
本文中进一步讨论以后。本文通过引入忆阻器及其特性开始起飞。之后，一些相关工作进行
了讨论。 然后，它直接进入到提出的电路，其工作原理及其功能的结构，那么它讨论的角
度，得出了一些比较，应受它与电路的可能的未来前景总结。
本文通过引入忆阻器及其特性开始论述。之后一些相关的工作被讨论。然后，它会直接
进入我们提出的电路构架里面，他的工作原理和其功能的结构，然后讨论了一些他的应用前
景，做出了一些比较，最后总结出了未来的几种电路前景。
忆阻器作为记忆元件
Strukov等 [2]提出的忆阻器的物理模型。他们已经表明，忆阻器的特点是它依
赖于时间的电阻，它在时间t的值是与是线性正比于通过它的电荷数量q。他们
实现了概念证明了的忆阻器，它由一个薄的2Tio纳米层（2 nm）和一个缺氧的
二氧化钛2xTio（8 nm）的纳米层古夹在两块纳米级的铂块之间。氧气（2O）
空缺的是+2移动的空穴并且带正电荷。改变在二氧化钛纳米层内分布的2O，能
够改变它的电阻值。通过施加一个正电压到金属pt的两端，氧空位的二氧化钛
x层漂移二氧化钛掺杂层，从而改变之间的边界二氧化钛x和二氧化钛层。其
结果是，整体该层的电阻降低对应于一个`` ON''状态。当足够的电荷通过忆阻器
该离子再也无法动弹，器件进入迟滞区域并保持q，请在上限与？固定的忆阻，
M（忆阻器的电阻）。通过反转的过程中，