近年来人工智能和机器学习领域有了飞速的发展,但是大部分的成果还是在传统的计算机上用软件的方法实现的。当前计算机依赖的硬件架构是传统的冯诺依曼体系,在这种体系中需要将运算和存储分离成两个独立的单元,计算机在处理指令的时候需要不停地在这两个单元之间传输数据,这制约了计算机的运行速度同时也产生了较大的能耗。反观人脑则可以用非常低的能量处理极其复杂的问题,这是因为大脑中有上万亿个神经元且每个神经元之间均产生连接即突触,每个突触的连接强度是一个基本记忆单元,这些记忆单元分散在整个大脑中,使大脑可以高效并行地处理任务。大脑中神经元突触的可塑性等行为是实现人脑记忆和学习能力的关键所在。受人脑工作方式的启发,以神经元突触器件为基本单元的新型的神经形态网络开始了迅速的发展。忆阻器和记忆晶体管是最典型的神经元突触器件,其具有的连续阻值变换性能和非挥发存储性能是模拟突触可塑性行为的必要条件。目前大多数忆阻器和记忆晶体管皆基于无机材料制备而成,无机材料的局限性限制了其性能的发挥。相比之下有机材料具有生物兼容性、机械可弯曲性、可延展性、低成本和低温制造工艺以及分子基团可修饰性等诸多优点,所以制备基于有机材料的神经元突触器件是本论文的主要目标。具体内容如下:有机薄膜忆阻器模型及器件构筑。论文提出了全新的基于驻极体中电荷捕获和释放的忆阻器模型:在电场的作用下,半导体沟道与驻极体界面处会发生电荷交换,残留在驻极体中的电荷会改变半导体沟道的总电阻。依照该模型,本文通过对标准的底栅顶接触有机薄膜晶体管存储器件进行结构上的等效拓扑变换,提出了具有不对称顶电极和浮栅电极的有机薄膜忆阻器,其原理是根据不对称的电极结构使得短电极附近的聚合物驻极体中发生电荷的进出,从而改变半导体沟道电阻。根据这一原理实现的有机薄膜忆阻器同时具有连续阻值变换性能和非挥发存储性能,可以很好地模拟神经元突触的可塑性行为。有机薄膜忆阻器在神经元突触模拟上的应用。基于构筑的有机薄膜忆阻器,实现了多种重要的神经元突触行为包括:通过器件的连续阻值变换性质模拟出了,可重复的神经元突触兴奋和抑制行为;通过有机器件固有的偏压应力效应模拟出了,代表突触短期可塑性的双脉冲易化行为;通过器件的非挥发存储性质模拟出了,代表突触长期可塑性的赫布学习规则。有机薄膜记忆晶体管模型及器件构筑。论文提出了全新的基于紫外光控制驻极体中电荷捕获和释放的记忆晶体管模型:半导体沟道与驻极体界面的电荷交换速率同时依赖于界面处的垂直场强和紫外光的光强,通过改变紫外光强可以控制器件阻值变化的速度。依照该模型,本文通过将有机薄膜忆阻器与紫外光相结合,提出了紫外光作栅极的有机薄膜记忆晶体管。根据模型提出的有机薄膜记忆晶体管具有紫外光可控的连续阻值变换性质和没有紫外光下的非挥发存储性质,能够模拟更加高级的神经元突触可塑性行为。有机薄膜记忆晶体管模拟不同生长阶段神经元突触的可塑性行为。基于构筑的有机薄膜记忆晶体管,实现了神经元突触在不同生长阶段的行为包括:通过紫外光控制的连续阻值变换性质模拟出了,突触在不同生长阶段的兴奋和抑制行为;通过器件在紫外光照下电流的衰减特性模拟出了,不同生长阶段突触的双脉冲易化行为;通过器件在黑暗环境下的非挥发存储性质模拟出了,神经元突触的长时程记忆行为。本论文以有机薄膜晶体管为出发点,研究制备了基于聚合物驻极体中电荷捕获和释放模型的有机薄膜忆阻器和记忆晶体管,并利用制备出的器件成功模拟了多种重要的神经元突触行为,其中包括:突触的兴奋和抑制行为、双脉冲易化行为、脉冲时间依赖的可塑性行为以及不同生长阶段的突触可塑性行为。