忆阻器的存储特性及其在神经网络方面的应用研究

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1、Ｉ噓；．ｆ而可巧．．而ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡ硕±学位论文ＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳ■诵ｉｆ＾．１痛Ｉ、呵论文题目忆阻器的巧储特性及其在神经网络方面＾＇１－：的巧用妍究学科专业微电子学与固体电子学学号２０１２２１０３０１０７作者姓名徐艳飞指导教师刘泮教授独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，

2、除了文中特别加标注和致谢的地方夕ｈ论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：如碎日＿■余若巧＿．Ｊ论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检

3、索，可［＾采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：捧批魯＼＿Ｉ日期：月ｚ巧分类号密级注1UDC学位论文忆阻器的存储特性及其在神经网络方面的应用研究（题名和副题名）徐艳飞（作者姓名）指导教师刘洋教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业微电子学与固体电子学提交论文日期2015.03.28论文答辩日期2015.05.11学位授予单位和日期电子科技大学2015年6月30日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分

4、类法UDC》的类号。RESEACHONTHECHARACTERISTICSOFMEMRISTORANDITSAPPLICATIONINNEUROLOGICALNETWORKAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MicroelectronicsandSolid-StateElectronicsAuthor:XuYanfeiAdvisor:Prof.YangLiuSchool:SchoolofMicroel

5、ectronicsandSolid-StateElectronics摘要摘要近年来，忆阻器因其具有的电阻记忆存储功能、阈值特征、低功耗、结构简单等一系列优点吸引了全世界众多科研人员的关注。典型的忆阻器结构是一种三明治结构：上下两层是导电金属层，充当与外界相连的两个电极。中间的是绝缘层，一般是过渡金属氧化物材料。典型的忆阻器在工作的时候有三个过程：电形成过程（FORMING），置位过程（SET），复位过程（RESET）。所谓FORMING指的是：一个忆阻器件要想实现高低阻态切换的功能，必须在这之前对其进行一次激发阻变材料的

6、操作，这个激发操作之后，忆阻器件才具有正常的忆阻特性；所谓SET指的是：忆阻器由高阻态（HRS）转变到低阻态（LRS）的过程；所谓RESET指的是：忆阻器由低阻态（LRS）转变到高阻态（HRS）的过程。通过对所加的SET电压与RESET电压极性相同与否来划分，忆阻器可分为单极性忆阻器与双极性忆阻器。如果SET与RESET电压同极性，这就是单极性忆阻器，如果不同极性，这就是双极性忆阻器。忆阻器的阻值是可以通过外界的编程电压或者编程电流来进行编程改变的。正是由于这些显著特征，使得忆阻器被广泛应用到存储器、数字电路、混沌电路以

7、及人工神经网络方面。本论文主要对忆阻器在人工神经网络领域的应用进行了深入探讨，提出了用于模拟生物神经元的可编程神经元电路以及在此基础之上设计出来的离散霍普菲尔德神经网络电路。本论文对提出的两种基于忆阻器的新型神经电路先是进行了工作原理的分析，然后对设计的电路结构进行了详细的介绍，并利用Cadence仿真软件对设计的结构进行了仿真，验证结构功能是否正确。最后通过板级电路搭建出离散霍普菲尔德网络电路，并结合FPGA等辅助工具进行了板级电路的测试工作，比对了仿真结果与测试结果，验证了实际设计过程中的可行性。无论是Cadence

8、仿真结果，还是搭建的板级电路测试结果都很明显的反应出：设计的电路功能是正确的，具有集成实现的可行性，对于硬件实现人工神经网络有很好的指导意义。关键词：忆阻器，人工神经网络，可编程，神经元，霍普菲尔德IABSTRACTABSTRACTInrecentyears,becauseofthememoryofresistanc