忆阻器综述

国内发展状况

忆阻器的理论是于1971年由美国华裔科学家蔡少堂提出，并且在2008年被HP公司发现。虽说有关忆阻器的发言权在西方国家，但是无论是最新理论创新方面还是忆阻器应用方面，我国在这方面的研究并不比他们落后多少。

早在上世纪九十年代（1991年），我国对气体放电灯的电压电流特性进行了深刻的研究，发现了气体放电灯的一些新性质，最后指出气体放电灯属于一种流控忆阻器，其特性不能用电路中的三个传统的基本元件来描述。同时，它们对气

体放电灯的一些忆阻特性进行了大篇幅的分析探讨[1]。在1995年，他们又在原来的基础上发表了论文[2]，这篇论文主要研究气体放电灯在音频段至射频段的电

压电流函数。他们采用了新型电子仪器设备，对气体放电灯在该频段的动态特性进行了实验测试，得到了一些新的实验结果，并且进一步说明了气体放电灯的流控忆阻器特性。借助于大量的实验，它们在音频段至射频段给出了气体放电灯的八组电压电流波形，波形显示，其形状如同一个分布在一三象限的八字形蝴蝶结，与惠普实验室的实验结果吻合的很好，这一发现比惠普实验室早了十多年，但是当时的科技发言权不再中国，使得我国的这一发现至今仍然鲜为人知。

2008年9月，我国清华大学校友陈怡然等人发表论文[3]，主要给出了基于

纳米电子自旋效应的三种电子自旋忆阻器，属于世界领先水平。电子自旋是原子中普遍存在的现象。这篇论文根据纳米电子自旋产生的磁性效应，给出了三种电子自旋忆阻器，这三种忆阻器的原理不同于惠普实验室的二氧化钛双极开关模型，这种新型电子自旋忆阻器可以在从皮秒量级到微秒量级等不同的速率下进行电阻值的转换，以满足不同应用的需要，相信在不久的将来，这种忆阻器将会得到广泛的应用。

国外发展状况

早在1995年，惠普实验室接到了科研上层的任务，即：研究纳米级的电子器件。经过多年的研究与实验，在2006年就发现了用二氧化钛组成的忆阻器，并且在2008年第一个发表相关论文，同年5月份，惠普公司用两端纳米级电阻开关点阵器件实现了人工神经网络。

2008年6月1日，美国波士顿George Mason University研究生Victor

Erokhin 和M.P.Fontana研制了一个聚合体忆阻器[4]

2008年7月15日，惠普实验室高级科研者Stanley Williams等人发表论

文[5]，主要讲到了纳米级金属/氧化物/金属开关的忆阻特性，揭示了它属于一个

双极开关，以及它的忆阻器开关特性与机制。

2008年8月26日，韩国三星公司在他们所研制的双层氧化物器件中发现了电流记忆特性，并且表明它也属于一种忆阻器，这个忆阻器的工作机理也与惠普实验室的有所不同。

2008年11月底，美国加州大学伯克利分校，美国半导体行业协会和美国国家科学基金会共同举办了忆阻器及忆阻系统研讨会，惠普实验室在会上展示了忆阻器的最新进展———世界首个3D忆阻器混合芯片。

2009年1月，Massimiliano Di Ventra,Yuriy V.Pershin,Leon O. Chua

发表论文[6]，这篇论文把忆阻器系统的概念推广到电路其他三个基本元件，并且

对其特性进行了大胆的猜想与论证。

2009年四月，美国密歇根大学科学家开发出一种由纳米级忆阻器构成的芯片，该芯片能存储1千比特的信息。发表在《纳米通讯》上的此项研究成果将有可能改变半导体产业，使成功研制出更小、更快、更低廉的芯片或电脑成为可能。忆阻器可以作为电脑元件，可在一简单封装中提供内存与逻辑功能。此前，由于可靠性和重复性问题，所展示的都是只有少数忆阻器的电路，而研究人员此次展示的则是基于硅忆阻系统并能与CMOS兼容的超高密度内存阵列。虽然1千比特的信息量并不算大，但研究人员仍认为这是一大飞跃，这将使该技术更易于扩展以存储更多的数据。芯片研制者、密歇根大学电气工程与计算机科学系副教授吕炜表示，在一个芯片上集成更多的晶体管已变得越来越困难，因为晶体管缩小导致功耗增加，且难以安排所有必需的互连，将器件差异做到最小的成本也很高。而忆阻器的结构更简单，它们更易于在一个芯片上封装更多的数量，以达到最高可能密度，对于内存这样的应用更具吸引力。

美国惠普公司科学家2010年4月8日在《自然》杂志上撰文表示，他们在忆阻器（memristor）设计上取得重大突破，发现忆阻器可进行布尔逻辑运算，用于数据处理和存储应用。科学家认为，公众将在3年内看到忆阻器电路，其或许可取代目前似乎已经处于“穷途末路”的硅晶体管，最终改变整个电脑行业。

目前，最先进的晶体管的大小为30纳米到40纳米，比一个生物病毒还小（一个生物病毒约为100纳米），惠普纳米技术研究实验室的资深专家斯坦·威廉姆斯表示，惠普现正着手研究3纳米级的忆阻器，开、关的时间只需要十亿分之一秒。

参考文献

1、杨丽徒，王连才，秦克敬等，《气体放电灯的电路特性》， 1991年

2、杨丽徒，王连才，秦克敬等，《气体放电灯的电压电流函数》，1995年

3、陈怡然等人，《Spintronic Memristor Through Spin-Torque-Induced》，IEEE

Transactions，2008年9月

4、Victor Erokhin ,M.P.Fontana,George Mason University,

《Electrochemically controlled polymeric device》, 2008年6月1日5、Stanley Williams，Memristive switching mechanism formetal/oxide/metal

nano-devices，Nature Nanotechnology，2008年7月15

6、Massimiliano Di Ventra,Yuriy V.Pershin,Leon O. Chua,circuit elements

with memory:memristors,memcapacitors and meminductors,2009,1