憶阻器件模型分析及其在突觸和控制器中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)電子元件性能和電路集成度的要求越來(lái)越高。傳統(tǒng)的晶體管不論在結(jié)構(gòu)尺寸、制作工藝還是在功能方面都面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，與之相關(guān)的其他領(lǐng)域的發(fā)展也出現(xiàn)了瓶頸。特別地，需要高度集成和大量信息處理的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及需要實(shí)時(shí)改變內(nèi)部參數(shù)以適應(yīng)眾多不確定因素的PID控制系統(tǒng)都面臨著以上難題。憶阻器件，一類(lèi)新興的電子元件，它的記憶功能使它特別適合做為突觸應(yīng)用在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之中，而阻值連續(xù)可調(diào)的特點(diǎn)又為它做為一個(gè)可調(diào)參數(shù)代替PID控

2、制器中的固定參數(shù)提供了有利條件。此外，它的納米級(jí)尺寸對(duì)縮減整個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和控制系統(tǒng)的體積、提高集成度來(lái)說(shuō)是很有幫助的。
　　本文首先從基本的憶阻器模型出發(fā)，對(duì)HP憶阻器、自旋憶阻器這兩種常見(jiàn)的模型進(jìn)行了物理結(jié)構(gòu)的介紹、工作原理的闡述、數(shù)學(xué)方程的推導(dǎo)、數(shù)值仿真的展示。在此基礎(chǔ)上，考慮到尺寸對(duì)憶阻器的重要性，利用基于概率分布的蒙特卡洛算法，分析了尺寸的微小變化對(duì)兩種憶阻器的影響，并將兩種憶阻器進(jìn)行了簡(jiǎn)單的比較。
　　其次，聚焦于憶

3、阻器的突觸功能。以鈀-氧化鎢-鎢結(jié)構(gòu)的憶阻器模型為例，對(duì)它的工作原理、數(shù)學(xué)方程進(jìn)行了推導(dǎo)，并通過(guò)與突觸所具有的實(shí)際功能間的比較指出了原模型的不足。經(jīng)改善擴(kuò)散項(xiàng)對(duì)原模型進(jìn)行了改進(jìn)，使它具有了突觸的典型功能，比如長(zhǎng)、短期記憶特性、遺忘特性等。此外，由于溫度也會(huì)影響離子擴(kuò)散系數(shù)的大小，通過(guò)構(gòu)建基于溫度的記憶衰減函數(shù)，探究了不同溫度條件下，突觸權(quán)值的變化情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，溫度越高突觸權(quán)值衰減的越快，反之，越慢。
　　接著，從另一種憶阻器件—

4、憶感器的角度，研究了它的突觸特性。以一種常見(jiàn)的憶感器模型為例，仿真出了它的狀態(tài)變量隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)。經(jīng)與實(shí)際遺忘曲線(xiàn)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)原憶感器模型就像預(yù)料之中的那樣不具有真正的突觸特性。然后，從匹配的角度，通過(guò)添加一些額外的動(dòng)態(tài)參數(shù)，改變了狀態(tài)變量變化率方程，發(fā)現(xiàn)了原模型所不具有的長(zhǎng)、短期記憶特性和經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)現(xiàn)象，很好地?cái)M合出了突觸的實(shí)際功能。
　　最后，做為憶阻器實(shí)際的應(yīng)用，以一個(gè)基于運(yùn)算放大器的PID控制電路為對(duì)象，經(jīng)推導(dǎo)發(fā)現(xiàn)它是一個(gè)參