在数据大爆炸当代,数据信息处理的需求急剧增加。具有强大处理能力和高能量效率的神经形态计算结构已成为信息技术领域的重要研究方向。神经形态器件则是神经形态计算方向的研究热点之一。根据其功能的不同,神经形态器件大致可以分为仿突触器件和模拟神经元器件。相对而言,仿突触器件研究广泛,而模拟神经元的研究进展较为滞后。基于相变材料的模拟神经元因其在独特的相变特性、可扩展性和集成性方面等优势,被认为是最具潜力的模拟神经元之一。在各种Mott相变材料中,VO2具有接近于室温的相变温度和良好的相变性能,是制备模拟神经元的良好候选材料。本论文着眼于VO2在模拟神经元领域的潜力,以VO2材料的阻变特性为出发点,围绕VO2器件制备方法、VO2薄膜特性对器件阻变特性的影响、VO2器件振荡特性的验证、VO2模拟神经元的构建与探究等方面开展研究,并在振荡特性机理分析、相关机理模型等方面进行了较深入的探讨。主要内容分为以下三个部分:1.采用由反应溅射、快速退火和电形成组成的三步法工艺制备出具有良好阻变特性的VO2器件。结果表明:作为电形成VO2器件的前驱体薄膜,三步法工艺中快速退火后的复合相氧化钒薄膜比常规反应溅射工艺所制备的多晶VO2薄膜更致密,电形成后薄膜中VO2相的结晶性优于常规反应溅射工艺所制备的多晶VO2薄膜。阻变特性测试结果表明:采用三步法制备的VO2器件的开关比明显大于常规反应溅射工艺所制备的多晶VO2薄膜所得到的器件。2.利用Ltspice软件,构建与VO2器件有相似阻变特性的电路仿真模型,并以此为基础,构建了VO2振荡电路。仿真结果表明:在符合振荡条件的电路中,VO2振荡电路的振荡幅度与其自身的阻变特性有关,电路元件、输入信号只能对VO2器件的振荡周期产生影响。限流电阻的增大会使振荡周期随之增大,输入电压的上升则会使振荡周期发生指数衰减。随后,进一步测试并分析了温度对VO2振荡电路振荡特性的影响机制。温度的上升会使VO2振荡电路的振幅与周期发生明显的下降,在较高的环境温度下,振荡电路出现双振幅振荡现象。这可能为VO2在新型电路中的应用提供了新思路。3.基于上述VO2振荡电路,设计并验证了一种新型的VO2模拟神经元电路。仿真及测试结果均表明,VO2模拟神经元电路与生物神经元在诸多方面表现出明显的相似性,包括受刺激后的输出波形、波形变化趋势等方面。环境温度的上升会使VO2模拟神经元的峰值幅度下降。VO2模拟神经元的脉冲周期在室温附近是基本稳定的,当环境温度达到29℃之后,会表现出明显的下降趋势。而在环境温度达到40℃时,VO2模拟神经元会被破坏。这说明,VO2模拟神经元电路与生物神经元有相似的温度依赖性。