憶阻器是除電阻器、電容器、電感器之外的第四種基本無源電子器件。憶阻器有著很簡單的金屬/介質(zhì)層/金屬三明治結(jié)構(gòu)，集成度高，可以用于新型高密度電阻型存儲器。憶阻器具有電阻的量綱，但有著不同于普通電阻的非線性電學(xué)性質(zhì)，其阻值會隨著流經(jīng)電荷量而發(fā)生改變，并且能夠在電流斷開時保持之前的阻值狀態(tài)，即具有記憶功能。憶阻器的這些特性與生物大腦中神經(jīng)突觸的工作原理及結(jié)構(gòu)有著高度相似性，因此在新型神經(jīng)突觸仿生電子器件領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注。

近期，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所功能薄膜與智構(gòu)器件研究團(tuán)隊的陳浩、李俊在研究員諸葛飛的指導(dǎo)下，采用自組裝方法制備了具有錐形納米孔洞結(jié)構(gòu)的非晶碳薄膜材料，在此基礎(chǔ)上，制備了無需電形成過程的憶阻器件。如圖1所示，在金屬電極的沉積過程中，金屬會填充納米孔洞，在非晶碳薄膜中自然形成納米尺寸導(dǎo)電細(xì)絲，因此，該憶阻器件有效避免了電壓較大的電形成過程。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，孔洞中納米金屬絲表現(xiàn)出單晶結(jié)構(gòu)（圖2），而文獻(xiàn)報道的通過電形成過程生成的金屬導(dǎo)電細(xì)絲都是連續(xù)或者不連續(xù)的多晶結(jié)構(gòu)。基于單晶金屬導(dǎo)電絲的碳基憶阻器件表現(xiàn)出優(yōu)良的高溫時間保持特性，并且實現(xiàn)了多個電阻態(tài)的可控調(diào)制，這些電阻態(tài)可以用來模擬神經(jīng)突觸的不同強(qiáng)度，因此，該器件在新型神經(jīng)突觸仿生電子學(xué)領(lǐng)域具備應(yīng)用潛力。研究結(jié)果申請發(fā)明專利兩項（201310445981.6和201310446932.4），并且發(fā)表在Carbon（76，459-463，2014）和Applied Physics Letters（106,083104,2015）。

相關(guān)研究得到國家自然科學(xué)基金（51272261和61474127）和“973”課題（2012CB933003）的資助。

納米尺寸導(dǎo)電細(xì)絲形成示意圖

納米金屬絲單晶結(jié)構(gòu)示意圖

來源：寧波材料技術(shù)與工程研究所