在信息技术的时代背景下,庞大且复杂的数据需要被消化,基于冯·诺伊曼体系的计算机由于“内存墙”的瓶颈,已经难以满足处理速度的更高需求。此时模拟人脑行为和机制的神经形态计算被提出并迅速引起研究者们的广泛关注。该计算架构利用神经元的状态和突触存储权重的变化来实现存算一体的逻辑运算,很好地解决了分立式架构的“内存墙”问题。然而目前成熟的基于神经形态计算架构的类脑芯片,无论是IBM的“真北”还是中科院的“寒武纪”,都是利用传统晶体管来模拟突触单元和神经元单元,每个单元需要使用数十个元件,其中突触的数量占比远远高于实际生物大脑中的情况。这说明在模拟人脑的计算架构上我们要走的路还很长,其中的关键一步便是使用比传统晶体管更合适的新型器件,来减小神经元和突触的元件密度。在前人的实验展示中,忆阻器和离子晶体管这两种器件均表现出了一定的突触可塑性,具备实现“单器件模拟单突触”的潜力;而石墨烯和过渡金属二硫化合物等二维材料的兴起使得在设计器件的方案上有了更多的选择,有望得到更理想的突触器件。针对目前基于二硫化钼的神经形态器件的研究还不多、突触可塑性需求还不明确的问题,本文分别对基于二硫化钼的忆阻器和离子晶体管进行性能研究,制备了具有多种阻变行为的忆阻器突触和具有“混合突触”功能的离子晶体管突触,并对它们的突触可塑性行为进行了评估。本文的主要内容和成果如下:1.利用氮等离子体表面处理手段改善二硫化钼薄膜的阻变行为,相应的忆阻器在不同顺序、范围、强度的电压刺激下分别观察到了不同类型的阻变行为,分别为:两种阻态的双极性阻变、易失性阈值阻变、电导值连续可调的模拟型阻变。其中,双极性阻变的各阻态范围在100Ω~100 kΩ、阻变窗口均超过一个数量级、循环次数可达100次以上;易失性阈值阻变开启电压小至0.25 V;模拟型阻变的电导范围约为12μG~25μG。2.通过I-V扫描曲线的拟合分析、表面氮化成分表征等手段,建立了导电细丝形成过程的行为模型,尝试使用通用的机制来解释一系列阻变现象。3.使用NeuroSim开源仿真框架对忆阻器模拟型阻变的线性度进行评估,结果表明二硫化钼忆阻器模拟型阻变的非线性度数量级符合离子迁移机制的规律,在对MNIST手写数据集进行分类任务时可以达到约75%的准确度。4.利用机械剥离和干法转移制备了二硫化钼离子晶体管,研究了它在不同栅极输入脉冲宽度下的兴奋性神经突触后电流(EPSC)的变化规律。由于稳定的锂离子插层反应,二硫化钼离子晶体管能在较窄的EPSC尖峰宽度下同时实现具有易化特性的短时程可塑性(STP)和能保持数分钟的长时程可塑性(LTP)。5.在掺锂的二硫化钼沟道中通过高频脉冲信号,可以观察到频率依赖型可塑性(SRDP)特性,因此提出了“电-化学混合突触”的概念,首次利用栅极的长时程可塑性高效地调控沟道中SRDP的易化指数。以500 Hz的漏极输入信号为例,在0.5 V 1 s的栅极脉冲的刺激后,电突触的易化指数提高了5倍。