忆阻器简介及测试方案-电子发烧友网

忆阻器

忆阻器英文名为memristor, 用符号M表示，与电阻R，电容C，电感L构成四种基本无源电路器件，它是连接磁通量与电荷之间关系的纽带，其同时具备电阻和存储的性能，是一种新一代高速存储单元，通常称为阻变存储器（RRAM）。

忆阻器备受关注的重要应用领域包括：非易失存储（Nonvolatile memory），逻辑运算（Logic computing），以及类脑神经形态计算（Brain-inspired neuromorphic computing）等。这三种截然不同又相互关联的技术路线，为发展信息存储与处理融合的新型计算体系架构，突破传统冯·诺伊曼架构瓶颈，提供了可行的路线。

在忆阻器研究不断取得新成果的同时，基于忆阻器的多功能耦合器件也成为研究人员关注的热点。这些新型耦合器件包括：磁耦合器件、光耦合器件、超导耦合器件、相变忆阻器件、铁电耦合器件等。

（一）忆阻器基础研究测试

忆阻器研究可分为基础研究、性能研究以及集成研究三个阶段，此研究方法对阻变存储器（RRAM）、相变存储器（PCM）和铁电存储器（FeRAM）均适用。忆阻器基础研究阶段主要研究忆阻器材料体系和物理机制，以及对忆阻器器参数进行表征，并通过捏滞回线对忆阻器进行分类。忆阻器基础研究测试包括：直流特性、交流特性及脉冲特性测试。

忆阻器直流特性测试通常与Forming结合，主要测试忆阻器直流V-I曲线，并以此推算SET/RESET 电压/电流、HRS、LRS等忆阻器重要参数，可以进行单向扫描或双向扫描。忆阻器交流特性主要进行捏滞回线的测试，捏滞回线是鉴别忆阻器类型的关键。忆阻器脉冲测试能有效地减小直流测试积累的焦耳热的影响，同时，也可以用来研究热量对器件性能的影响。由于忆阻器表征技术正向极端化发展，皮秒级脉冲擦写及信号捕捉的需求日益强烈。

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（二）忆阻器性能研究测试

忆阻器性能研究测试流程如下：

非易失存储器性能研究是通过测试忆阻器的循环次数或耐久力（Endurance）和数据保留时间（Data Retention）来实现。在循环次数和耐久力测试中，电阻测试通常由带脉冲功能的半导体参数测试仪完成，由于被测样品数量多，耗时长，需要编程进行自动化测试。极端化表征情况下，SET/ RESET 脉冲由高速任意波发生器产生。

如果忆阻器被用于神经元方面的研究，其性能测试除了擦写次数和数据保留时间外，还需要进行神经突触阻变动力学测试。突触可塑性是大脑记忆和学习的神经生物学基础，有很多种形式。按记忆的时间长短可分为短时程可塑性 (STP)和长时程可塑性 (LTP)，其中短时程可塑性包括双脉冲抑制 (PPD)、双脉冲易化 (PPF)、强直后增强 (PTP)。此外还有一些其他的可塑性, 如: 放电速率依赖可塑性 (SRDP)、放电时间依赖可塑性 (STDP)等，它们是突触进行神经信号处理、神经计算的基础。

忆阻器的导电态可以用来表示突触权重的变化，通过改变刺激脉冲电压的形状、频率、持续时间等参数来模拟不同突触功能相应的神经刺激信号的特点，测量瞬态电流可以了解阻变动力学过程，获得神经形态特性的调控方法。同循环次数和耐久力测试相同，需要对带脉冲功能的半导体参数测试仪或高速任意波发生器编程产生相应的脉冲序列，进行自动化测试。