● 摘要
信息技术的迅猛发展带动了芯片技术的进步，传统 CMOS 器件的特征尺寸已接近 其物理极限，新型纳米级记忆器件的需求日益迫切．忆阻器由于其结构简单、 记忆速度 快、能耗低和非易失性存储等特性，已逐渐成为存储器件领域新的研究热点，特别是在 10 nm 以下尺度具有明显优势．因此，忆阻器已被认为是最有可能延续摩尔定律的新技 术之一，在非易失性存储、突触模拟、人工神经网络等领域有巨大应用潜力。目前针对 忆阻器微观机理、材料体系选择、结构设计以及应用研究等方面已经取得了巨大进展。 但是，忆阻器相关理论研究工作进展缓慢及器件性能参数距离实际应用仍存在较大差距 等问题逐渐成为限制其进一步发展的主要因素。 其中忆阻器电导行为的可控性差是造成 上述问题的主要原因。本文从氧化物基忆阻器电导机理出发，研究了氧化物基忆阻器电 导行为的调制，并对忆阻器在神经网络 PID 控制器方面的应用进行了研究。
首先，本文重点分析氧化物基忆阻器的研究进展及研究面临的主要问题，分析氧空 位浓度、分布等对其电导行为的影响作用，并综述了目前忆阻器电导行为调制主要途径， 对其调制机理进行了分析总结，进一步指出了目前忆阻电导行为及其调控方面理论研究 工作的不足。
其次，针对氧化物基忆阻器参数稳定性差的特点，在氧空位电迁移理论基础上，本 文引入氧空位扩散机制在纳米点影响 MIM 结构忆阻器电导行为方面进行了分析，并且 对纳米点的尺寸和位置对其电导特性的影响进行了介绍。
最后，介绍了忆阻器突触模型， 对忆阻器应用于神经网路 PID 控制器进行了理论 验证和仿真研究。结果显示，基于忆阻器的神经网络 PID 控制器具有更快的逼近速度和 更好地逼近精度，且应用范围更加广泛。