摘要
随着信息时代的蓬勃发展及人工智能技术的不断进步，人类对于新型计算系统的需求日益凸显，尤其是在低功耗和高灵敏性方面。然而，摩尔定律逐渐逼近其物理极限，传统的冯·诺伊曼计算架构已难以满足当前及未来对算力的需求。在这一背景下，忆阻器作为一种具有“三明治”结构的新型器件，其融合计算和存储的特性为突破冯·诺伊曼瓶颈提供新的可能。忆阻器的基本构造包括两个电极以及夹于其间的忆阻层。其独特之处在于能够通过调节输入的电信号来改变自身的电阻状态，从而模拟生物突触的行为。这使得忆阻器成为构建人工神经网络的关键元件。忆阻器的性能表现中，阻层材料的选择至关重要，因此，寻找新型的、高性能的忆阻层材料成为当前研究的热点。在众多二维材料中，层状过渡金属卤化物以其独特的蜂窝结构和优异的物理性质在忆阻器领域展现出巨大的应用潜力。然而，目前对于这类材料的研究仍相对较少。二氯化锆（ZrCl2）作为过渡金属卤化物家族中的一员，具有空间基团R3m的层状结构和丰富的电子特性，使其成为忆阻层材料的理想候选者。尽管如此，关于ZrCl2纳米片的制备方法及电学性能的研究仍十分有限。本论文利用化学气相沉积法（CVD）成功生长出ZrCl2纳米片，并通过系统的正交试验和单因素控制变量试验探究了制备过程中的最佳参数。成功构建了Ag/ZrCl2/Au扩散忆阻器，并对其电学性能进行了系统的测试和分析。主要研究内容及成果如下： （1）使用化学气相沉积法成功制备出ZrCl2纳米片。分别研究了加热温度、生长时间、气体流速和衬底至前驱体距离四个因素对ZrCl2纳米片生长的影响。分析不同试验参数下ZrCl2纳米片的形貌、尺寸及厚度等。得出用CVD工艺制备ZrCl2纳米片的最优参数为：生长温度为360℃，生长时间为14min，氩气流量为40sccm，生长基底在距离前驱体下游13cm处。并用光学显微镜、扫描电子显微镜和原子力显微镜表征所得二维ZrCl2的形貌和厚度，制备出平均径向尺寸约为80μm，厚度约为77nm的高质量ZrCl2纳米片。用能谱和X射线光电子能谱分析材料试样成分以及元素化合价态，Zr和Cl元素对应的化合价态分别为+2和-1。此外用透射电子显微镜对ZrCl2纳米片的晶格结构进行表征。结果表明，所制备的样品确实为ZrCl2，且生成的纳米片面积大、超薄、结晶度高。 （2）搭建了Ag/ZrCl?/Au扩散忆阻器。对器件电学性能进行了测试，阈值电压(Vth)和保持电压(Vhold)分别位于2V和1.1V，开关比约为103，工作功率约1.99μW。器件实现了超过9×104的超高循环次数。基于ZrCl2的扩散忆阻器能够很好地模拟生物伤害感受器的关键特征，包括阈值响应、无适应性和可塑性。研究还揭示了该忆阻器在模拟突触可塑性方面的潜力，特别是突触双脉冲抑制（PPD）现象。通过调整脉冲参数，如振幅、宽度和间隔时间，可以有效地调控忆阻器的响应，实现从突触双脉冲增强到突触双脉冲抑制的转变。文章最后初步探讨了银离子迁移的导通机制。总之本研究搭建的Ag/ZrCl?/Au扩散忆阻器具有低功耗、稳定性好和循环寿命长等优点。
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