图3。

（a） 所开发的有机忆阻器的机械和电气性能。经[104]许可转载，版权所有2021，Wiley。（b） 由pV3D3/Al2O3忆阻器组成的阵列及其乘法累加操作的示意图。经[105]许可转载，版权2022，Wiley。（c） 由DNA桥接忆阻器横杆阵列制成的纺织芯片。每个接触点代表一个忆阻器。（d） 照片和概念验证全织物数据处理系统的操作机制。（e）中的比例尺为0.5厘米。经[106]许可复制，版权2020，Wiley。

为了提高基于有机物的忆阻器的可靠性，Cha等人。制备了Cu/聚（1,3,5-三乙烯基-1,3,5-三甲基环三硅氧烷）（pV3D3）/Al2O3/Pt忆阻器，使用pV3D3和Al2O3膜进行突触单位细胞的有机-无机双层堆叠[105]，如图3（b）所示。首次实现了104s的5位多级保留。添加的Al2O3层在减轻RESET过程的焦耳加热和电导率波动方面发挥了关键作用，从而产生了可靠的保持特性和稳定的开关行为[105]。

一些新型有机材料（脱氧核糖核酸[106107]和蛋蛋白[108]等）因其可生物降解、可生物吸收、环境友好、生物相容、可植入且价格低廉[109110]而受到广泛关注。徐等人基于纤维电极上的电泳DNA活性层制备了一种坚固的DNA桥接忆阻器（图3（c））。DNA分子与银纳米颗粒结合的独特结构和取向提供了同类最佳的性能，例如0.3的低工作电压 V、 100pW的低功耗和20ns的高开关速度。如图3（d）所示，基本逻辑计算，如隐含和NAND，作为纺织品芯片的函数进行了演示，并通过将忆阻器与电源和发光模块集成来演示完整的织物信息处理系统[106]。

2.2.4.二维材料二维材料由于其原子尺度的厚度以及其优异的电学性能和新颖的特性，如柔韧性和透明度，引起了人们的广泛关注[56]。由于相邻层之间的弱范德华（vdW）力，单层或多层可以从体2D晶体剥离[111]。这些特性使2D材料成为原子尺度厚度、优异的电性能和新颖特性（如柔性、透明度）的替代候选者。出于这些原因，研究人员研究了具有垂直和平面结构的2D忆阻器。如图4（a）所示，我们小组提出了基于聚乙烯醇-石墨烯-氧化物杂化纳米复合材料的具有垂直结构的柔性忆阻器[112]。这些器件具有优异的光学和电学性能（窄带隙（0.2 − 2. eV），并对从可见光到红外范围的光作出响应），在低于0.5的电压下对机械应力具有高稳定性 V.Tang等人使用2D InSe纳米片制备了Ag/InSe/Ag忆阻器（图4（b））[113]。该设备具有0.3的低SET电压 V和4.5的开/关比 × 103，读取电压为0.1 V.此外，可以施加外部应变、光、电场和磁场来提高基于2D的忆阻器的特性。我们的研究小组设计了一种基于2D过渡金属三卤化物（TMTC）的光电忆阻器，如图4（c）所示。由于三硫化钛（TiS3）功能层具有优异的光学和电学性能，忆阻器表现出稳定的双极RS性能。通过应用400到808之间的波长实现了多级存储 nm，并实现了突触的长期抑制（LTD）、长期可塑性（LTP）和尖峰时间依赖性可塑性（STDP）等特性。此外，巴甫洛夫联想学习在基于TiS3的人工突触上被成功模仿[40]。

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图4。

（a） ITO/PVA-GO/ITO忆阻器示意图，其中PVA代表聚乙烯醇，GO代表氧化石墨烯。经[112]许可转载，版权2020，Wiley。（b） Ag/InSe/Ag忆阻器的示意图。插图是通道长度为8μm的设备的光学图像。经[113]许可复制，版权2021，AIP出版有限责任公司。（c）基于TiS3的忆阻器的三明治状结构。经[17]许可转载，版权所有2021，美国化学学会。（d） WS2/MoS2异质结忆阻器的示意图。经[111]许可转载，版权2021，英国皇家化学学会。（e） Al/Ti3C2:Ag/Pt器件的典型结构。经[114]许可复制，版权2021，爱思唯尔。通常，基于2D材料的忆阻器是在硅片或聚合物衬底上制备的，但这些衬底既不便宜也不可生物降解。相比之下，纤维素纸是一种很好的替代品，因为它具有良好的生物降解性、低成本、可回收性、重量轻和机械灵活性。如图4（f）所示，Yalagala等人首次制备了基于纸张的柔性忆阻器器件，该器件使用了由多层石墨/MoS2组成的纳米混合材料，分别以银和铜作为顶部和底部电极。忆阻器表现出500次循环的耐久性、约104的开关比和出色的灵活性[115]。

然而，二维材料仍然面临以下挑战：1。大面积准备；2.环境大气中的不稳定性，导致性能下降。通常，使用h-BN和有机分子膜作为vdW封装层，这显著提高了器件性能及其在环境气氛中的稳定性。氧化物介质钝化是可行的。由于2D材料的悬浮无键表面，需要额外的晶种层生长和氧化工艺，但这些工艺可能会引入杂质或缺陷，破坏固有的材料结构[129]。3.可控掺杂。诸如热扩散和离子注入的常规掺杂方法对原子薄的2D材料造成损害。2D半导体中电荷载流子的类型在很大程度上取决于接触和周围的电介质，因此引入合适的金属接触和具有固定电荷的电介质可能是实现2D半导体稳定掺杂的有效策略。此外，通过离子嵌入和表面改性，在技术上可以调节2D材料的能带结构和电子性能[129]。4.金属电极在2D材料上的直接沉积通常会破坏原子晶格中的共价键并引入缺陷，导致费米能级钉扎，形成肖特基接触而不是所需的欧姆接触，并产生大的接触电阻[129]。

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3. 结构设计

为了提高忆阻器的性能，一些研究人员采用了电极工程的方法来调节其性能[2130-134]。Ahn等人通过制备排列良好的Nb纳米针阵列底部电极来制备Nb/NiO/Nb忆阻器，如图5（a）所示。由于纳米针电极感应的电场增强，观察到较低的SET/RESET电压。铌纳米针电极最小化了LRS和HRS电流的分散以及SET/RESET电压的变化[20]。如图5（b）所示，Huang等人通过孔结构双层忆阻器制备了W/AlOx/Al2O3/Pt。该器件由分别通过射频磁控溅射和原子层沉积的缺氧AlOx层和接近化学计量比的Al2O3层组成。该器件表现出高速度（28 ns）、高耐久性（100 K下108次循环、298 K下1010次循环和400 K下107次循环）、均匀的电阻分布、大的开/关比和良好的保持率[135]。此外，多层结构可以提高忆阻器的性能[21137-143]。吴等人制造了具有非易失性模拟开关特性的W/MgO/SiO2/Mo结构的忆阻器，如图5（c）所示。忆阻器的重量电导可以精确调整，并用于制造用于语音识别的单层SNN，识别率高达94%，相当于软件中的精度[15]。

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图5。

（a） 由Nb纳米针底部电极、NiO薄膜和Nb顶部电极组成的NiO RRAM电池器件的示意图。NiO膜的厚度（d）为大约80nm。插图：Nb纳米针阵列的扫描电子显微镜图像。经[20]许可转载，版权所有2018，英国皇家化学学会。（b） 具有250 nm通孔结构的W/AlOx（RF）/Al2O3（ALD）/Pt忆阻器的示意图。经[135]许可复制，版权2020，IEEE。（c） W/MgO/SiO2/Mo忆阻器的结构。经[15]许可转载，版权所有2021，Wiley。（d） 1D1R存储设备的示意图。（e） 1D1R存储器器件的IV特性。经[136]许可复制，版权所有2010，Wiley。（f） 1S1R集成交叉杆阵列的3D示意图。放大图是具有顶部、中间和底部电极的选择器和忆阻器的垂直堆叠单元。（g） 集成1S1R电池的典型I–V曲线，其中包括成型过程和正常操作循环。经[137]许可转载，版权所有2019，Wiley。

用于下一代非易失性存储器的忆阻器的优点之一是其良好的标量