在大数据时代,神经形态计算体系得到了飞速发展,内容涉及多个学科和各种交叉领域,其在自动驾驶技术、图像识别处理、医疗诊断等各个方面都取得了广泛应用。但是,目前大部分的进展与成果还是基于传统计算机通过软件算法的设计而实现的。基于冯·诺依曼架构的传统计算机由于运算单元与存储单元相互分离的特点,在信息处理时,数据需要不停地在两个单元间进行传输,这不仅极大地限制了数据处理效率而且带来了巨大的额外能量消耗。因此,开发基于新型硬件的神经形态计算体系,将信息处理与存储功能通过同一个硬件来实现,能够打破传统冯·诺依曼架构的局限性。其中,对神经突触记忆功能的成功模拟,是构建类脑神经形态硬件网络的关键一步。而由于忆阻器件的电学特性与生物神经突触行为有着天然的相似性,因此对突触模拟的研究主要集中在忆阻器件上,但目前对突触行为的模拟大多都基于单一工作机理,而两种或多种机制主导下的器件具有多样化的调控手段,有潜力实现更为广泛的突触功能。因此,本论文首先研究了电荷存储和离子迁移对器件电学行为的影响,实现了对电流迟滞回线方向的调控,进而制备了两种机制共存的忆阻器件,并实现了对突触可塑性行为的模拟,具体研究内容为以下三个部分:1、有机薄膜忆阻器件的电流迟滞机制研究。通过器件结构设计,运用两种不同的调控机制,实现了忆阻行为迟滞回线方向的反转:一是基于电荷存储机制,选用N型半导体材料,利用不对称电极引起的局部场强分布不同,在驻极体聚合物层中实现对电荷的可控捕获与释放,制备出了在正向偏置电压下电流迟滞回线为逆时针方向的忆阻器件。其二是通过离子迁移与重新分布效应,利用介质层中存有的大量可移动离子,在电场的驱动下迁移与重新分布,同样实现了在正向偏置电压下电流迟滞回线为逆时针方向的忆阻器件,验证了该忆阻器件有潜力应用于神经形态计算的硬件中。2、利用天然材料制备了迟滞回线方向可调的有机薄膜忆阻器件:利用介质层中同时存在的离子迁移和电荷存储效应,创新性地在单个忆阻器件中利用两种不同效应对扫描速率响应的差别,实现了迟滞回线方向的切换。此外,进一步对突触的频率可塑性进行了模拟,为后续发展新型忆阻器件,构建神经形态网络,提供了较好的借鉴方案。3、结合离子迁移和电荷存储效应,设计了基于复合介质层的有机薄膜忆阻器件,实现了迟滞回线方向的可控调节。本部分工作中,利用明胶凝胶介质层中存有的大量可移动离子,辅之以表面旋涂制备的驻极体聚合物薄膜,同时实现了对沟道中电荷的捕获与释放,制备出了稳定可控且迟滞回线方向可调的忆阻器件。此外,该器件的迟滞回线方向除了受前述扫描速率的影响,还可以通过紫外光光强大小加以调控。此外,利用该器件还对突触的功能进行了模拟。综上所述,本论文首先对有机薄膜忆阻器件中电荷存储和离子迁移对器件电学行为的影响进行了研究。其次基于两种效应相反的作用效果,在单个器件中实现了迟滞回线方向的可控调节,并对相应突触可塑性行为进行了模拟,为神经形态硬件网络的发展提供了重要的实验信息。