忆阻器（Memristor）是指通过施加电压电流信号实现电阻可控转变的器件,具备存储计算功能。在存储器应用方向,忆阻器的一种重点应用是阻变存储器（resistance random access memory,RRAM）。阻变存储器有着非易失特性,拥有速度较快,集成度较高,结构简单等优势,具备开启下个存储器时代的潜力。然而在实用化当中,阻变存储器存在着可靠性不足的问题,即打开与关闭（Set和Reset）时的电压离散性大,分布不统一,因此寻求新材料,新结构来提高器件可靠性是我们目前的主要方向。此外,在神经仿生方向,如何真实的模拟神经突触性能还有待提高。针对上述阻变存储器性能的提升以及电子人工突触领域的研究需要,本课题的主要研究内容如下:一.将二维二硫化钨（WS₂）纳米片层插到传统的阻变介质层氧化锆（ZrO₂）之下以构建Ag/ZrO₂/WS₂/Pt结构的阻变存储器。在直流电压的扫描作用下,Ag/ZrO₂/WS₂/Pt器件呈现出双极性电阻转变可逆行为。与两种单层阻变器件（Ag/WS₂/Pt以及Ag/ZrO₂/Pt）相比,Ag/ZrO₂/WS₂/Pt器件的开关电压明显减小（0.16 V/-0.06 V）、散布范围更为密集（开:3.75%;关:13.33%）,离散性大为下降,并且耐久性（10⁹）、保持时间（4×10⁴ s）、电阻转换速度（开:10 ns;关:18 ns）也被相对优化。此外,本课题对双层ZrO₂/WS₂器件性能改善的电阻转换机制进行了探讨,在此认为导致性能大幅改善的原因是导电细丝的破裂/恢复被限制到了双层界面区域。二.在二维WS₂层与ZrO₂层结合而改善器件功能的研究方向上,我们选用了具有比WS₂更大禁带宽度,更小有效质量的二维IV族硫化物GeS进行研究,制备了Ag/ZrO₂/GeS/Pt阻变存储器,这种器件表现出可逆的双极电阻转换行为。与单层Ag/ZrO₂/Pt以及Ag/GeS/Pt RRAM相比,此双层RRAM具有电学性能的提升效果,包括开/关阈值电压明显减小、电压的数值分布情况显着集中。同时双层阻变器件的数据保持能力以及电阻切换速度被相对提升。此外,将这里的Ag/ZrO₂/GeS/Pt跟Ag/ZrO₂/WS₂/Pt阻变器件相比,阈值电压进一步的被减小（开:0.10 V）,热稳定性更优异（180oC时正常工作）。三.对Ag/ZrO₂/WS₂/Pt与Ag/ZrO₂/GeS/Pt忆阻器件的神经突触可塑性进行了测试与模拟。这两种新型忆阻器件,分别可在脉冲式电压作用下实现电阻正反两个方向的渐进调节。然后模拟出多种神经突触功能,如双脉冲异化（paired-pulse facilitation,PPF）和时间依赖可塑性（spiking-timing-dependent plasticity,STDP）。最终课题以Ag/ZrO₂/WS₂/Pt忆阻器件为例,采用其电阻的双向渐进调控数据结合Python语言模拟手写数字识别系统,实现了对0-9十个手写数字图像的识别模拟。此项工作说明我们制备的新型忆阻器件具有良好的神经突触可塑性,可以应用为人工突触电子仿生器件,从而进一步的促进神经突触仿生器件的发展。