[发明专利]同时具备存储与运算功能的高分子忆阻器及其制法和应用

说明书

本发明属于有机/高分子信息存储器件领域，具体提供一种同时具备信息存储和数据处理能力的高分子忆阻器及其制备方法和应用。该器件结构为经典的三明治结构，底电极为Pt，活性层为侧链含三苯胺和二茂铁两个氧化还原基团的聚芴材料PFTPA‑Fc薄膜，顶电极为ITO。通过对该器件施加不同的电压，其电流电压曲线表现出不同的特性：在低导态可以实现多态存储、在高导态能实现算术运算和逻辑运算功能。此外，器件可以实现高导态和低导态间的自由切换。通过高分子的分子设计和电学性能调控将多态存储和运算功能集成到单个忆阻器中，得到高性能的电子器件，是一种满足当今日益增长的数据存储和处理需求的有效手段。

技术领域

本发明属于有机/高分子信息存储器件领域，具体涉及一种同时具备存储与运算功能的高分子忆阻器

背景技术

随着互联网、移动网、GPS、气象监控、安全监控、媒体等行业的飞速发展，近年来信息量发生了爆炸式增长。正如亚马逊前任首席科学家Andreas Wiegand说，“数据是新的石油”，若能及时对数据进行挖掘和运用，将产生巨大的效益。而要实现对数据的挖掘和运用，首先要对数据进行及时的存储和处理。过去几十年，电子设备始终沿着摩尔定律发展，即价格不变的情况下，性能每隔18-24 个月提高一倍。为了实现性能每隔18-24个月提高一倍的目标，半导体工业通常通过降低硅电路中的元件尺寸来提升性能，但是单一芯片上集成元件的尺寸不能无限制小下去，一方面当尺寸过度降低时，会增强电路间的串扰，另一方面，制备成本也会随着尺寸的减小而急剧增加。2016年2月， Nature发文说明摩尔定律将面临极限。除了摩尔定律极限外，冯·诺依曼瓶颈也是目前面临的另一个问题。存储电路和处理电路是常用电子设备如计算机的基本单元，目前计算机的中央处理器(CPU) 和存储器是分开的，完成指令需要在CPU和存储器之间频繁传输，而目前数据传输的速率远低于 CPU的处理速率，这大大降低了电子设备的整体处理效率。

为此，本发明提出将处理功能集合到存储单元制备多功能高性能电子器件，首先合成一种侧链含三苯胺和二茂铁基团两个氧化还原体系的新型聚芴功能材料PFTPA-Fc，用该材料制备了 Pt/PFTPA-Fc/ITO结构的器件。此器件在电流较低区域(低导态)和电流较高区域(高导态)的电流 -电压曲线表现出完全不一样的特性：在低导态，可以用于多态存储，提高存储容量。在高导态，器件可以实现四则运算和逻辑运算。此外，器件可以实现高导态和低导态间的自由切换，开启和擦除电压分别为-3.3和3.4V，这说明，以0V→-4V→4V扫描电压为开关，此器件可以实现存储和计算功能之间的自由切换。总之，本发明可以用于突破目前芯片存储以及处理的瓶颈，在未来计算机，互联网等领域有极为广阔的应用前景。

发明内容

因此，基于上述忆阻器优点，本发明目的在于提供一种同时具备存储与运算功能的高分子忆阻器，其集成了数据存储和信息处理功能于一体的高分子忆阻器的存储功能与信息处理功能的使用方法以及两种功能切换的方法。

本发明其中的一个目的还在于提出同时具备存储与运算功能的高分子忆阻器的制备方法。

本发明其中的再一个目的在于提供一种同时具备存储与运算功能的高分子忆阻器的活性层高分子合成方法。

本发明的技术方案：

一种同时具备存储和运算功能的高分子忆阻器及其制备方法，器件结构组成为：

(1)硅衬底；

(2)铂电极；

(3)高分子PFTPA-Fc薄膜活性层；

(4)氧化铟锡电极(ITO)。

进一步，此器件在电流较低区域(低导态)和电流较高区域(高导态)的电流-电压曲线表现出完全不一样的特性:在低导态，可以用于多态存储。在高导态，可以实现四则运算。在低导态，表现出4个明显不同的电流态，可以用于多态存储。