忆阻器作为第四种基本电子元件,因其独特的非线性特性、神经突触特性、非易失性、纳米级的尺寸和低功耗等特性,在许多领域,尤其是在神经突触仿生和阻变式随机存储器方面被广泛应用。当忆阻器受到外加电压刺激时,其忆导值会发生连续的变化,这与生物神经突触间隙的连结强度调节类似。此外,忆阻器在形态结构上还具有纳米级尺寸、易集成等优势,所以被认为是实现人工神经突触的最好方法。另一方面,忆阻器具有非易失性、多值特性和纳米级尺寸等特性,这非常符合下一代存储器的设计需求。本文以自主研发的Sr0.97Ba0.03TiO3-δ(SBT)实物忆阻器为研究对象,建立了新的忆阻模型,深入研究了 SBT忆阻器的工作原理。同时基于SBT忆阻器,设计了忆阻神经突触和存储电路,模拟了突触的学习行为,实现了数据存储和逻辑计算。主要研究内容有(1)通过分析SBT忆阻器的实测数据,构建了对应的数学模型,分析了 SBT忆阻器的基本特性,为后续的人工神经突触和存储电路的研究奠定基础。(2)基于SBT忆阻神经突触器件进行了神经突触的可塑性和高阶学习功能研究,实现了突触的非线性传输特性、经验式学习及长时/短时突触可塑性等基本功能。并进一步模拟了符合人类认知规律的非联合型学习。(3)利用SBT忆阻器的多值特性和非易失性,设计了二值存储电路、多值存储电路和忆阻逻辑电路,该电路能够实现“与”、“或”、“异或”三种逻辑运算。上述研究发挥了 SBT忆阻器的纳米级尺寸特性、非线性特性、神经突触特性和断电非易失性等优点,证明SBT忆阻器具备模拟人工神经突触和存储信息的能力,为我们下一步搭建复杂人工神经网络和阻变式存储器做好准备。