【摘 要】
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在后摩尔时代,传统计算机发展的限制主要来源于处理单元与存储单元之间的数据传输所带来的高功耗,即冯·诺伊曼瓶颈。类脑计算借鉴了人脑信息处理的基本规律,在软件算法和硬件实现等多个方面做出了根本性的变革,成为了人工智能时代解决计算机算力瓶颈的一种突破性技术。忆阻器作为一种新型微电子器件,有望成为类脑计算系统硬件实现中的关键部分。然而传统氧化物忆阻器存在开关比较低、开启电压较大和稳定性较差等缺点,其发展仍
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在后摩尔时代,传统计算机发展的限制主要来源于处理单元与存储单元之间的数据传输所带来的高功耗,即冯·诺伊曼瓶颈。类脑计算借鉴了人脑信息处理的基本规律,在软件算法和硬件实现等多个方面做出了根本性的变革,成为了人工智能时代解决计算机算力瓶颈的一种突破性技术。忆阻器作为一种新型微电子器件,有望成为类脑计算系统硬件实现中的关键部分。然而传统氧化物忆阻器存在开关比较低、开启电压较大和稳定性较差等缺点,其发展仍然面临诸多困难。本文针对忆阻器的性能瓶颈,制备了基于铁电材料锆钛酸铅(Pb Zr0.52Ti0.48O3,PZT)的新型铁电忆阻器,并将新型二维材料MXene引入PZT器件中,完成了如下的工作:1.对PZT材料进行调研,探究其衬底兼容性与薄膜生长工艺,后利用磁控溅射工艺,在硅衬底上生长了PZT铁电薄膜,并对其进行了AFM和PFM等物理表征分析;此外,对MXene（Ti3C2Tx）的材料特性进行调研并对其进行了SEM、XRD和TEM等物理表征,通过旋涂工艺制备了MXene薄膜。2.首先,制备了交叉阵列结构的Cu/PZT/Pt与单一结构的Cu/MXene/PZT/Pt器件。其次,进行了丰富的直流电学测试以探究基于PZT材料的器件的阻变特性及MXene的引入对器件性能的影响,两种器件都表现出了典型的双极型阻变特性。相比于PZT器件,MXene/PZT器件表现出更好的稳定性和更低的开关电压,并且在不同的限制电流下表现出稳定的多阻态;再次,利用第一性原理计算结合极化调节势垒变化理论分析了器件阻变机理;最后对两种器件的I-V特性曲线进行拟合以论证对阻变机理的解释。3.本文进一步探究了Cu/PZT/Pt与Cu/MXene/PZT/Pt铁电忆阻器模拟生物突触的潜力。一方面,利用了直流和脉冲测试实现了两种器件的电导调制,证明了其均具有模拟生物神经响应的潜力;另一方面,通过不同的脉冲施加方案,模拟了丰富的生物突触可塑性,包括短时可塑性（EPSC、PPF、PPD和PPF到PPD的转变）和长时可塑性（STDP）。
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