TiO2 型忆阻器仿真器的设计与实现

林 弥， 李路平， 王光义， 王旭亮， 陈俊杰

（杭州电子科技大学国家级电子信息技术虚拟仿真实验教学中心，杭州310018）

0 引 言

忆阻器又称记忆电阻器，是Chua［1］在1971 年根据电路对称性提出的第4 种无源基本电路元件，在非易失性存储器、数字逻辑电路、非线性电路、人工神经网络等方向有着巨大的应用潜能［2-9］。受工艺制造水平的限制，近40 年来忆阻器始终处于理论研究阶段［10］。TiO2型实际忆阻器于2008 年制备成功［11］，目前尚未出现大规模商用的单个忆阻器元件。在现有的忆阻器电路研究和设计中，通常采用对忆阻器特性进行模拟仿真的方法［12-14］。设计一个简单可行的忆阻器仿真器，对开展忆阻器基础实验和忆阻器电路的研究具有重要意义。本文利用单片机设计一个较易实现的TiO2型忆阻器仿真器，具有忆阻值可控的特点。

1 TiO2 型忆阻器的数学模型

TiO2型忆阻器的线性离子漂移模型是目前最常用的忆阻器模型。在线性离子漂移模型中，假设器件的长度为D，器件内部包含掺杂区和未掺杂区两个部分，掺杂区宽度w（t）随忆阻器内部电场的变化而变化。图1（a）为忆阻器结构原理图，图1（b）为忆阻器的电路符号。

图1 忆阻器结构原理图及电路符号

当对忆阻器施加外部电压时，器件内部掺杂区的带电粒子在电场力作用下发生漂移运动，导致掺杂区和未掺杂区的宽度产生变化，引起忆阻器的阻值发生改变。当忆阻器两端施加正向电压时，其阻值会逐渐减小，将最小值定义为RON；当施加反向电压时，忆阻值会逐渐变大，其最大阻值定义为ROFF［15］。……