大数据时代,基于冯诺依曼架构的传统计算系统由于负荷的增重,出现诸多弊端,如功率消耗过大、速度难以提升以及小尺寸集成复杂等,而神经网络系统将存储与信息处理两功能融合,能够打破传统计算体系带来的瓶颈,像生物大脑一样依靠神经元和突触的简单组成,就可处理繁琐的学习和思考行为,其中突触作为神经元的连接点,是信息传递和处理的关键,因而类突触器件的研究在神经网络集成方面占据重要位置。目前,由于电学性质与生物突触行为的相似性,用于突触模拟器的研究主要集中在忆阻器上。自2008年TiO2忆阻器被提出后,基于二元氧化物的无机忆阻器发展迅速,而有机忆阻器因为机理不明、性能欠佳等原因一直探索不多,但是有机器件具有生物兼容性好、成本低、可柔性化等优势,在忆阻器研究中备受关注。所以,本文的目标在于通过全溶液法制备有机忆阻器,建立可调控的机理模型,并对神经元突触的多种功能进行仿真,具体研究内容包括以下三个部分:(一)通过溶液旋涂成膜的方法快速制备高分子有机忆阻器,器件由高分子电极层、离子掺杂的聚合物薄膜和金属电极构成,以空穴传导为主。对称电压下的测试结果展现了明显的双极性迟滞效应,且输出电流在单极电压的重复扫描下连续性变化,与忆阻器的理论电学性能一致。对高分子有机忆阻器工作机制的探讨是基于聚合物薄膜的电致变色现象,从而合理推测出离子调控空穴载流子浓度使得器件阻值非线性变化的物理模型,此外,掺杂离子浓度的不同导致迟滞窗口大小的改变能进一步证实机理分析的可靠性。(二)依据上述高分子有机忆阻器的物理模型,尝试用小分子共轭材料代替高分子聚合物制备有机忆阻器。由于小分子的性质与高分子类似,都属于p型半导体材料,测得的电学结果也基本相近,因此可说明离子调节导电性的电化学原理能够广泛应用于有机忆阻器中。(三)由于人体大脑能够低功耗、高效率处理复杂和智能任务,神经网络的模拟正在吸引越来越多研究者的兴趣。在此,高分子有机忆阻器被应用到神经元突触的模拟研究中,通过对比生物突触的活性与记忆,调节电压脉冲的宽度、强度和频率模拟出突触的兴奋与抑制行为、短期和长期可塑性共存以及频率依赖的可塑性等功能,并且忆阻器在模拟过程中离子运动的状态、空穴载流子的变化与生物突触中钙离子的流动、神经递质释放的分子机制具有很高的相似性,为神经元网络的仿生应用提供了新的研究途径。综上所述,本研究探索出可大面积集成、快速便捷的全溶液旋涂方式来制备有机忆阻器,建立了可靠的理论模型,并证实在有机半导体材料中具有普遍适用性,其神经元突触的模拟研究,为神经形态计算网络的发展提供重要的实验信息。