近十年来,为实现忆阻器大规模地工业化应用,国外尤其美国已经对忆阻器相关的研究进入了白热化阶段。自2018年,密西根大学相关科研人员制备出一种嵌有忆阻器件的芯片,并且容易集成到硅衬底电子器件中,该项研究已应用于CPU、机器学习甚至GPU。忆阻器从被定义到现在为止,科学家们做了诸多努力去进行全方面的研究工作,但是直到今天,忆阻器未像电容、电阻、电感等元器件进行大规模生产。因此,如何使忆阻器大规模生产并适应于市场,成为人们研究的热点之一。本文从单光子雪崩二极管的反向特性这一思路出发,基于CMOS工艺特点提出了可以大规模量产的单光子忆阻器。通过物理机制、等效模型、非线性动力学行为和实验测试等方面,分析并验证了易于大规模生产的单光子忆阻器。主要工作内容:1、基于雪崩效应单光子忆阻器原理与分析,通过雪崩效应和载流子漂移扩散原理,清晰地构建了忆阻连续电阻变化的物理机制,提出了一种新型单光子忆阻器。从磁滞回线、频率特性、有无源系统三方面进行了忆阻特性分析。通过搭建实验平台,验证了单光子忆阻器在175 KHz的工作频率下呈现幅值为1.25 V的磁滞回线,并在5.0 MHz频率下收缩为幅值12.5 m V的线性电阻。2、基于雪崩效应单光子忆阻器模型与分析,根据基尔霍夫定理,进行了单光子忆阻器的等效电路建模,并通过SPICE软件进行了模型优化。通过传统双极性器件的设计,建立了双极性光控广义忆阻器,进行了相关的仿真验证。根据载流子漂移扩散原理,又建立了数学模型,采用Matlab软件进行了仿真验证。通过搭建实验平台,结果显示了在幅值1.25 V、临界频率21 MHz、淬灭时间50μs等性能指标上均与仿真吻合。3、基于雪崩效应单光子忆阻器的非线性动力学行为,从双阈值行为、混沌现象、非紧缩型磁滞回线三方面分析了单光子忆阻器的非线性行为。通过Candence Spectra软件,仿真验证了在频率5.35 MHz、20 V的电源电压下,基于雪崩效应的单光子忆阻器呈现了双阈值行为。在频率4.25 MHz、寄生电容10 p F的情况下,单光子忆阻器呈现非紧缩型磁滞回线。在多光子效应情况下又呈现了单光子忆阻器的混沌现象。