[发明专利]一种有机高分子忆阻结构单元

说明书

技术领域

本发明属于有机高分子、存储器技术与仿生学技术领域，具体涉及一种具有学习和记忆功能的有机高分子忆阻结构单元。

背景技术

忆阻器是在电阻、电容和电感三种基本无源器件之外存在的第四种非线性电路元件，它反映了电荷和磁通量的关系，其阻值会随着电荷流经的方向和数量而变化。1971年，加州大学伯克利分校教授蔡少棠首次提出了忆阻器的概念，但直到2008年才由惠普实验室在基于二氧化钛的金属/绝缘体/金属三明治结构器件中首次实现了忆阻器的功能。随后，人们陆续在氧化镍、氧化钒、氧化铌等多种过渡金属氧化物中发现了类似的忆阻功能。

忆阻器除具有高性能存储器所要求的非易失性、随机存取、低功耗、高速、高可靠性、高容量、高集成度以及与CMOS制程工艺兼容等特征外，还具有类似于哺乳动物大脑神经元的学习功能。如，忆阻器能够在单个器件单元中同时同地进行信息存储和逻辑运算操作，无需通过总线在处理器和存储器之间频繁传输数据；并且其“记忆”特性与人脑突触在生物电信号刺激下的自适应调节极其类似，是目前已知的功能最接近神经元突触的器件。利用忆阻器开发下一代计算机架构，有望脱离经典冯·诺依曼理论，获得更大的并行处理能力和更快的数据处理速度。

目前报道的具有忆阻器功能的材料绝大部分局限于金属氧化物，对于其他材料体系鲜有报道。与金属氧化物相比，有机高分子材料在机械柔韧性、延展性以及生物相容性方面具有得天独厚的优势，并且通过丰富的化学结构设计与合成能够有效调控其电磁学性能。因此，开发基于有机高分子材料的仿生忆阻器，对于实现下一代高性能计算机、尤其是仿生机器等具有重要的意义和极大的发展潜力。

发明内容

针对上述忆阻器的现状，本发明提供一种利用有机高分子材料实现忆阻器功能的结构单元，该结构单元的电阻态随着其所受施的外电场激励呈现类似生物神经元突触的“学习、记忆、遗忘、回忆”特征，因此可作为新型微电子仿生单元应用于计算机等技术领域。

如图1a所示，本发明提出的忆阻结构单元包括绝缘衬底、形成在绝缘衬底上的底电极层、形成在底电极上的忆阻层，以及形成在忆阻层上的顶电极层，其特征是：所述的忆阻层由高分子材料构成，具有电阻转变特性。

所述的忆阻层可以是双层结构，或者是单层结构。

(一)当所述的忆阻层是双层结构时

如图1b所示，所述的忆阻层由有机高分子电解质材料构成的有机高分子电解质层和有机高分子材料构成的有机高分子阻变层组成，有机高分子电解质材料位于底电极表面，有机高分子阻变材料位于有机高分子电解质材料表面。

有机高分子电解质材料中包括离子液体和有机高分子绝缘体，所述离子液体是由阳离子和阴离子组成的盐类。有机高分子电解质材料也可以是包含阳离子与阴离子的单体聚合而成的聚合材料，所述的单体优选为包含所述阳离子与所述阴离子的乙烯基单体。

所述的阳离子包括但不局限于锂离子、铵离子、咪唑鎓、噁唑鎓、哌啶鎓、吡嗪鎓、吡唑鎓、哒嗪鎓、吡啶鎓、嘧啶鎓、吡咯烷鎓、吡咯啉鎓、吡咯鎓、噻唑鎓、三唑鎓、4,4’-联吡啶等中的一种或数种阳离子。