CN104979472B - 一种有机高分子忆阻结构单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种有机高分子忆阻结构单元。该结构单元包括绝缘衬底、底电极层、忆阻层与顶电极层，所述的忆阻层由有机高分子电解质材料和有机高分子阻变材料组成。该有机高分子忆阻结构单元在脉冲电压激励或扫描电压激励下，当进行激励、撤去激励、再激励时，其电流‑激励次数特性曲线和电流‑时间特性曲线呈现出具有类似生物神经突触的“学习、记忆、遗忘、回忆”特征，因此可作为新型微电子仿生单元应用于计算机等技术领域，以模仿人脑神经突触处理和学习信息的工作方式，从而极大地促进计算机等的运算速度与并行处理能力。

Description

一种有机高分子忆阻结构单元
技术领域
本发明属于有机高分子、存储器技术与仿生学技术领域，具体涉及一种具有学习和记忆功能的有机高分子忆阻结构单元。
背景技术
忆阻器是在电阻、电容和电感三种基本无源器件之外存在的第四种非线性电路元件，它反映了电荷和磁通量的关系，其阻值会随着电荷流经的方向和数量而变化。1971年，加州大学伯克利分校教授蔡少棠首次提出了忆阻器的概念，但直到2008年才由惠普实验室在基于二氧化钛的金属/绝缘体/金属三明治结构器件中首次实现了忆阻器的功能。随后，人们陆续在氧化镍、氧化钒、氧化铌等多种过渡金属氧化物中发现了类似的忆阻功能。
忆阻器除具有高性能存储器所要求的非易失性、随机存取、低功耗、高速、高可靠性、高容量、高集成度以及与CMOS制程工艺兼容等特征外，还具有类似于哺乳动物大脑神经元的学习功能。如，忆阻器能够在单个器件单元中同时同地进行信息存储和逻辑运算操作，无需通过总线在处理器和存储器之间频繁传输数据；并且其“记忆”特性与人脑突触在生物电信号刺激下的自适应调节极其类似，是目前已知的功能最接近神经元突触的器件。利用忆阻器开发下一代计算机架构，有望脱离经典冯·诺依曼理论，获得更大的并行处理能力和更快的数据处理速度。
目前报道的具有忆阻器功能的材料绝大部分局限于金属氧化物，对于其他材料体系鲜有报道。与金属氧化物相比，有机高分子材料在机械柔韧性、延展性以及生物相容性方面具有得天独厚的优势，并且通过丰富的化学结构设计与合成能够有效调控其电磁学性能。因此，开发基于有机高分子材料的仿生忆阻器，对于实现下一代高性能计算机、尤其是仿生机器等具有重要的意义和极大的发展潜力。
发明内容
针对上述忆阻器的现状，本发明提供一种利用有机高分子材料实现忆阻器功能的结构单元，该结构单元的电阻态随着其所受施的外电场激励呈现类似生物神经元突触的“学习、记忆、遗忘、回忆”特征，因此可作为新型微电子仿生单元应用于计算机等技术领域。
如图1a所示，本发明提出的忆阻结构单元包括绝缘衬底、形成在绝缘衬底上的底电极层、形成在底电极上的忆阻层，以及形成在忆阻层上的顶电极层，其特征是：所述的忆阻层由高分子材料构成，具有电阻转变特性。
所述的忆阻层可以是双层结构，或者是单层结构。
(一)当所述的忆阻层是双层结构时
如图1b所示，所述的忆阻层由有机高分子电解质材料构成的有机高分子电解质层和有机高分子材料构成的有机高分子阻变层组成，有机高分子电解质材料位于底电极表面，有机高分子阻变材料位于有机高分子电解质材料表面。
有机高分子电解质材料中包括离子液体和有机高分子绝缘体，所述离子液体是由阳离子和阴离子组成的盐类。有机高分子电解质材料也可以是包含阳离子与阴离子的单体聚合而成的聚合材料，所述的单体优选为包含所述阳离子与所述阴离子的乙烯基单体。
所述的阳离子包括但不局限于锂离子、铵离子、咪唑鎓、噁唑鎓、哌啶鎓、吡嗪鎓、吡唑鎓、哒嗪鎓、吡啶鎓、嘧啶鎓、吡咯烷鎓、吡咯啉鎓、吡咯鎓、噻唑鎓、***鎓、4,4’-联吡啶等中的一种或数种阳离子。
所述的阴离子包括但不局限于F-、Cl-、Br-、I-、NO3 -、N(CN)2 -、BF4 -、ClO4 -、RSO3 -、RCOO-(其中，R为C1-C9的烷基或苯基)、PF6 -、(CF3)2PF4 -、(CF3)3PF3 -、(CF3)4PF2 -、(CF3)5PF-、(CF3)6PF-、(CF3SO3 -)2、(CF3CF2SO3 -)2、(CF3SO3 -)2N-、CF3CF2(CF3)2CO-、(CF3SO2)2CH-、(SF5)3C-、(CF3SO3 -)3C-、CF3(CF2 -)7SO3 -、CF3CO2 -和CH3CO2 -中的一种或两种以上的混合阴离子。
所述的有机高分子绝缘体包括但不局限于丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯腈、甲基苯乙烯、乙烯基酯、氯乙烯、1,1-二氯乙烯、1,1-二氟乙烯、丙烯酰胺、四氟乙烯、乙酸乙烯酯、甲基-乙烯基酮、乙烯、苯乙烯、对-甲氧基苯乙烯、对-氰基苯乙烯和丙烯酸酯等乙烯基单体和环氧乙烷中的一种或两种以上的混合单体聚合而成的聚合材料。
所述的有机高分子阻变层是具有电化学氧化还原活性的有机高分子材料形成的。例如，所述的有机高分子电阻改变层可由聚吡咯、聚(3,4-乙烯二氧基噻吩)(PEDOT)、聚(3,4-丙烯二氧基)噻吩(PProDOT)、聚(2,4-乙烯二氧基噻吩双十二烷氧基苯)、聚二氧吡咯、聚(3,4-乙烯二氧基噻吩):聚(磺酸苯乙烯酯)(PEDOT:PSS)、聚噻吩、聚芳胺、聚苯胺、聚乙炔、聚(对亚苯硫)、聚(对亚苯基亚乙烯)(PPV)、聚吲哚、聚芘、聚咔唑、聚甘菊环、聚氮杂卓、聚芴、聚萘、聚呋喃、聚金属酞菁、聚金属卟啉、聚二茂铁、聚吡啶基金属错合物、聚(4,4'-联吡啶盐)，以及前述各物质的衍生物中的一种或两种以上的混合。
其中，聚吡啶基金属错合物可由包括但不限于选自三(4-[2-(4-吡啶基)乙烯基]-4'-甲基-2,2'-联吡啶锇(II)双(六氟磷酸))盐、三(4-[2-(4-吡啶基)乙烯基]-4'-甲基2,2'-联吡啶钴(II)双(六氟磷酸))盐、三(4-[2-(4-吡啶基)乙烯基]-4'-甲基2,2'-联吡啶钌(II)双(六氟磷酸))盐、双(2,2'-联吡啶)[4'-甲基-4-(2-(4-吡啶基)乙烯基)-2,2'-联吡啶]饿(II)[双(六氟磷酸)/二碘]盐、双(2,2'-联吡啶)[4'-甲基-4-(2-(4-吡啶基)乙烯基)-2,2'-联吡啶]钌(II)[双(六氟磷酸)/二碘]盐、双(2,2'-联吡啶)[4'-甲基-4-(2-(3-丙基三甲氧基硅烷)吡啶)乙烯基)-2,2'-联吡啶]锇(II)[三(六氟磷酸)/二碘]盐、双(2,2'-联吡啶)[4'-甲基-4-(2-(3-丙基三甲氧基硅烷)吡啶)乙烯基)-2,2'-联吡啶]钌(II)[三(六氟磷酸)/二碘]盐、聚联吡啶盐等中的一种或两种以上单体聚合而成的聚合材料。
所述的有机高分子阻变层形成在有机高分子电解质层上的方法不限，包括电化学聚合法、旋涂法、LB或自组装等方法。
对上述有机高分子忆阻结构单元施加电压刺激，忆阻层内的有机高分子阻变材料发生氧化反应，产生阴离子，同时相对应地，有机高分子电解质材料发生还原反应，产生阳离子；或者，忆阻层内的有机高分子阻变材料发生还原反应，产生阳离子，同时相对应地，有机高分子电解质材料发生氧化反应，产生阴离子。因此，一方面，经离子迁移后忆阻层保持电中性和稳定性，另一方面由于离子迁移，在电场作用下产生如下效应：
(一)在电压等幅连续扫描刺激下，包括负向电压连续循环扫描刺激或者正向电压连续循环扫描刺激，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值随扫描次数的增加而增加，从而呈现出类似生物神经元突触的“学习、记忆”功能；并且，撤去该电压扫描刺激后，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值减小，其减小幅度随时间的增加而逐渐降低并趋于稳定，该稳定值高于施加该电压刺激前忆阻单元的电流绝对值，从而呈现出类似生物神经元的“短时记忆塑性”功能，当再次施加该电压刺激时，随着扫描次数的增加，该有机高分子忆阻单元的电流绝对值逐渐恢复至前次施加电压刺激结束时的数值，呈现出类似生物神经元突触基于过往记忆的“快速回忆”功能；所述电流绝对值是指每次电压循环扫描时，电压峰值对应的输出电流的绝对值；
或者，
(二)在连续脉冲电压刺激下，包括负向电压连续脉冲或者正向电压连续脉冲，所述连续脉冲具有相同的脉冲幅值和脉冲宽度，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值脉冲次数的增加而增加，从而呈现出类似生物神经元突触的“学习、记忆”功能；并且，撤去该电压刺激后，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值减小，其减小幅度随时间的增加而逐渐降低并趋于稳定，该稳定值高于施加该电压刺激前忆阻单元的电流绝对值，从而呈现出类似生物神经元的“短时记忆塑性”功能，当再次施加该电压刺激时，随着脉冲次数的增加，该有机高分子忆阻单元的电流绝对值逐渐恢复至前次施加电压刺激结束时的数值，呈现出类似生物神经元突触基于过往记忆的“快速回忆”功能；所述电流绝对值是每个脉冲电压刺激中，电压峰值对应的输出电流的绝对值。
作为优选，在电压等幅连续扫描刺激下，当施加与所述电压刺激方向相反的电压等幅连续扫描刺激时，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值随扫描次数的增加而减小，从而呈现出类似生物神经元突触的“强迫遗忘”功能。例如，当施加负向电压等幅连续扫描时，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值随扫描次数的增加而增加，则当施加正向电压等幅连续扫描时，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值随扫描次数的增加而减小。或者，当施加正向电压等幅连续扫描时，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值随扫描次数的增加而增加，则当施加负向电压等幅连续扫描时，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值随扫描次数的增加而减小。
作为优选，在连续脉冲电压扫描刺激下，当施加与所述电压刺激方向相反的连续脉冲刺激时，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值随脉冲次数的增加而减小，从而呈现出类似生物神经元突触的“强迫遗忘”功能。例如，当施加负向连续续脉冲刺激时，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值脉冲次数的增加而增加，则当施加正向连续脉冲刺激时，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值随脉冲次数的增加而减小。或者，当施加正向连续续脉冲刺激时，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值随脉冲次数的增加而增加，则当施加负向连续续脉冲刺激时，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值随脉冲次数的增加而减小。
在电压等幅连续扫描刺激下，当撤去该电压刺激后，有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值减小并随时间的增加其电流绝对值趋于稳定，作为优选，该电流绝对值减小的幅度随电压扫描次数的增加而降低，从而呈现出类似生物神经元突触的“短时记忆塑性向长时记忆塑性转变”功能。
在连续脉冲电压扫描刺激下，当撤去该电压刺激后，有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值减小并随时间的增加其电流绝对值趋于稳定，作为优选，该电流绝对值减小的幅度随脉冲电压激励次数的增加而降低，从而呈现出类似生物神经元突触的“短时记忆塑性向长时记忆塑性转变”功能。
(二)当所述的忆阻层是单层结构时
如图1c所示，所述的忆阻层是聚电解质材料和有机高分子阻变材料混合而形成的单层结构。具体而言，该单层结构可以是离子液体和有机高分子阻变材料混合形成的，所述离子液体是由阳离子和阴离子组成的盐类；也可以是包含所述阳离子和阴离子的芴基单体与有机高分子阻变材料对应的具有氧化还原活性的单体共聚形成的。
所述的阳离子包括但不限于锂离子、铵离子、咪唑鎓、噁唑鎓、哌啶鎓、吡嗪鎓、吡唑鎓、哒嗪鎓、吡啶鎓、嘧啶鎓、吡咯烷鎓、吡咯啉鎓、吡咯鎓、噻唑鎓和***鎓等中的一种或两种以上的混合阳离子。
所述的阴离子包括但不限于F-、Cl-、Br-、I-、NO3 -、N(CN)2 -、BF4 -、ClO4 -、RSO3 -、RCOO-(其中，R为C1-C9的烷基或苯基)、PF6 -、(CF3)2PF4 -、(CF3)3PF3 -、(CF3)4PF2 -、(CF3)5PF-、(CF3)6PF-、(CF3SO3 -)2、(CF3CF2SO3 -)2、(CF3SO3 -)2N-、CF3CF2(CF3)2CO-、(CF3SO2)2CH-、(SF5)3C-、(CF3SO3 -)3C-、CF3(CF2 -)7SO3 -、CF3CO2 -、CH3CO2 -等中的一种或两种以上的混合阴离子。
所述的具有氧化还原活性的单体包括但不限于吡咯、3,4-乙烯二氧基噻吩(EDOT)、3,4-丙烯二氧基噻吩(ProDOT)、2,4-乙烯二氧基噻吩双十二烷氧基苯、二氧吡咯、噻吩、芳胺、苯胺、乙炔、对亚苯硫、对亚苯基亚乙烯(PV)、吲哚、芘、咔唑、甘菊环、氮杂卓、芴、萘、呋喃、金属酞菁、金属卟啉、二茂铁、吡啶基金属错合物、4,4'-联吡啶盐，以及前述各物质的衍生物中的一种单体或两种以上的混合单体。
所述的吡啶基金属错合物包括但不限于选自三(4-[2-(4-吡啶基)乙烯基]-4'-甲基-2,2'-联吡啶锇(II)双(六氟磷酸))盐、三(4-[2-(4-吡啶基)乙烯基]-4'-甲基2,2'-联吡啶钴(II)双(六氟磷酸))盐、三(4-[2-(4-吡啶基)乙烯基]-4'-甲基2,2'-联吡啶钌(II)双(六氟磷酸))盐、双(2,2'-联吡啶)[4'-甲基-4-(2-(4-吡啶基)乙烯基)-2,2'-联吡啶]饿(II)[双(六氟磷酸)/二碘]盐、双(2,2'-联吡啶)[4'-甲基-4-(2-(4-吡啶基)乙烯基)-2,2'-联吡啶]钌(II)[双(六氟磷酸)/二碘]盐、双(2,2'-联吡啶)[4'-甲基-4-(2-(3-丙基三甲氧基硅烷)吡啶)乙烯基)-2,2'-联吡啶]锇(II)[三(六氟磷酸)/二碘]盐、双(2,2'-联吡啶)[4'-甲基-4-(2-(3-丙基三甲氧基硅烷)吡啶)乙烯基)-2,2'-联吡啶]钌(II)[三(六氟磷酸)/二碘]盐中的一种或或两种以上单体。
对上述有机高分子忆阻结构单元施加电压刺激，忆阻层内的有机高分子阻变材料发生氧化反应或者还原反应，产生阳离子或阴离子；同时，相对应地，聚电解质材料发生还原反应或者氧化反应，产生阴离子或阳离子；因此，一方面，经离子迁移后忆阻层保持电中性和稳定性，另一方面由于离子迁移，在电场作用下产生如下效应：
(一)在电压等幅连续扫描刺激下，包括负向电压连续循环扫描刺激或者正向电压连续循环扫描刺激，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值随扫描次数的增加而增加，从而呈现出类似生物神经元突触的“学习、记忆”功能；并且，撤去该电压扫描刺激后，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值减小，其减小幅度随时间的增加而逐渐降低并趋于稳定，该稳定值高于施加该电压刺激前该忆阻单元的电流绝对值，从而呈现出类似生物神经元的“短时记忆塑性”功能，当再次施加该电压刺激时，随着扫描次数的增加，该有机高分子忆阻单元的电流绝对值逐渐恢复至前次施加电压刺激结束时的数值，呈现出类似生物神经元突触基于过往记忆的“快速回忆”功能；所述电流绝对值是指每次电压循环扫描时，电压峰值对应的输出电流的绝对值；
或者，
(二)在连续脉冲电压刺激下，包括负向电压连续脉冲或者正向电压连续脉冲，所述连续脉冲具有相同的脉冲幅值和脉冲宽度，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值脉冲次数的增加而增加，从而呈现出类似生物神经元突触的“学习、记忆”功能；并且，撤去该电压刺激后，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值减小，其减小幅度随时间的增加而逐渐降低并趋于稳定，该稳定值高于施加该电压刺激前该忆阻单元的电流绝对值，从而呈现出类似生物神经元的“短时记忆塑性”功能，当再次施加该电压刺激时，随着脉冲次数的增加，该有机高分子忆阻单元的电流绝对值逐渐恢复至前次施加电压刺激结束时的数值，呈现出类似生物神经元突触基于过往记忆的“快速回忆”功能；所述电流绝对值是每个脉冲电压刺激中，电压峰值对应的输出电流的绝对值。
作为优选，在电压等幅连续扫描刺激下，当施加与所述电压刺激方向相反的电压等幅连续扫描刺激时，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值随扫描次数的增加而减小，从而呈现出类似生物神经元突触的“强迫遗忘”功能。例如，当施加负向电压等幅连续扫描时，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值随扫描次数的增加而增加，则当施加正向电压等幅连续扫描时，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值随扫描次数的增加而减小。或者，当施加正向电压等幅连续扫描时，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值随扫描次数的增加而增加，则当施加负向电压等幅连续扫描时，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值随扫描次数的增加而减小。
作为优选，在连续脉冲电压扫描刺激下，当施加与所述电压刺激方向相反的连续脉冲刺激时，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值随脉冲次数的增加而减小，从而呈现出类似生物神经元突触的“强迫遗忘”功能。例如，当施加负向连续续脉冲刺激时，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值脉冲次数的增加而增加，则当施加正向连续脉冲刺激时，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值随脉冲次数的增加而减小。或者，当施加正向连续续脉冲刺激时，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值随脉冲次数的增加而增加，则当施加负向连续续脉冲刺激时，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值随脉冲次数的增加而减小。
在电压等幅连续扫描刺激下，当撤去该电压刺激后，有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值减小并随时间的增加其电流绝对值趋于稳定，作为优选，该电流绝对值减小的幅度随电压扫描次数的增加而降低，从而呈现出类似生物神经元突触的“短时记忆塑性向长时记忆塑性转变”功能。
在连续脉冲电压扫描刺激下，当撤去该电压刺激后，有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值减小并随时间的增加其电流绝对值趋于稳定，作为优选，该电流绝对值减小的幅度随脉冲电压激励次数的增加而降低，从而呈现出类似生物神经元突触的“短时记忆塑性向长时记忆塑性转变”功能。
所述的绝缘衬底材料不限，包括氧化物绝缘材料、氮化物绝缘材料、高分子绝缘材料绝缘材料等，例如石英玻璃、SrTiO3、LiAlO3、LaAlO3、GGG、MgO、BaTiO3、ZrO2(YSZ)、LiGaO2、Ti的氧化物、Zn的氧化物、Zr的氧化物、Mg的氧化物、Al的氧化物、Ti的氮化物、Si的氮化物、Al的氧化物、Ga的氮化物、蓝宝石衬底、聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)等中的任意一种或者几种的组合物。
所述的绝缘衬底的形状不限，可以是单层结构，也可以是两种或数种材料构成的多层结构。当采用氧化物和/或氮化物制作衬底时，可以采用单一的氧化物或单一的氮化物，也可以采用多种氧化物的混合物或多种氮化物的混合物，也可以采用氧化物与氮化物的混合物。除了采用上述由混合物构成的单层结构形式外，还可以采用多层结构来形成衬底。对于多层氧化物衬底，其每层可以是单一氧化物，也可以是多种氧化物的混合物。对于多层氮化物衬底，其每层可以是单一氮化物，也可以是多种氮化物的混合物。对于氧化物与氮化物的组合多层衬底，其每一层可以是单一的氧化物或单一的氮化物，也可以是多种氧化物或多种氮化物的混合物，也可以是氧化物与氮化物的混合物。当采用高分子绝缘材料制作衬底时，可以采用单一的高分子材料，也可以采用多种高分子材料的混合物。除了采用上述由混合物构成的单层结构形式外，还可以采用多层结构来形成衬底。对于多层高分子绝缘衬底，其每层可以是单一高分子材料，也可以是多种高分子材料的混合物。
所述的底电极具有导电性，其材料不限，包括导电金属、导电金属氧化物或者其组合等，导电金属包括Pt、Au、Ir、Ag、Ta、Ni、Ti、Cu、Al等中的一种或两种以上的组合，导电金属氧化物包括ITO、FTO、SRO、LSMO等。作为优选，所述的底电极具有等于或大于5eV的功函数，例如，可以是Pt、Au、Ir、Ag、Ta等中的一种或两种以上的组合；或者，所述的底电极具有小于5eV的功函数，例如，可以是Ni、Ti、Cu或Al等中的一种或两种以上的组合；
所述的底电极的形状不限，可以是单层结构，也可以是两种或数种材料构成的多层结构。
所述的底电极在绝缘衬底上的分布不限，可以是多个底电极彼此间距地分布在绝缘衬底上。
所述的底电极可以与有机高分子电解质层和/或有机高分子电阻改变层形成欧姆接触，以促进电荷注入；或者，所述的底电极可以与有机高分子电解质层和/或有机高分子电阻改变层形成肖特基接触，以表现自整流开关特性。
所述的底电极的形成方法不限，包括利用热蒸发、电子束蒸发、磁控溅射等方法形成。
所述的顶电极具有导电性，其材料不限，包括导电金属、导电金属氧化物或者其组合等，导电金属包括Pt、Au、Ir、Ag、Ta、Ti、Cu、Al等，导电金属氧化物ITO、FTO、SRO、LSMO等。
所述的顶电极材料与底电极层材料相同或者不同。
所述的顶电极的形状不限，可以是单层结构，也可以是两种或数种材料构成的多层结构。
所述的顶电极在忆阻层上的分布不限，可以是多个底电极彼此间距地分布在忆阻层上。
所述的结构单元中，各层之间的结构不限，包括呈交叉层叠状，例如，顶电极可以与底电极交叉，并且可以与底电极垂直交叉。
综上所述，本发明提供的了一种以有机高分子材料为忆阻层材料的忆阻结构单元，该有机高分子材料包括有机高分子电解质材料与有机高分子阻变材料。在电场的作用下，该有机高分子电解质材料发生与有机高分子阻变材料极性相反的电化学氧化还原反应。
例如，当有机高分子阻变材料发生阳极氧化反应形成阳离子或带有正电荷的极化子、双极化子或孤子时，有机高分子电解质材料则发生阴极还原反应，其阳离子被还原至低价态或中性态，同时其所带有的部分或全部阴离子迁移至有机高分子阻变材料中，以平衡电化学氧化还原反应中所产生的正电荷，使整个体系保持电中性。
当电场方向反转时，有机高分子电阻改变材料发生阴极还原反应，其阳离子或带有正电荷的极化子、双极化子或孤子被还原至低价态或中性态，而有机高分子电解质材料则发生阳极氧化反应，其被还原至低价态的阳离子或中性态原子重新被氧化至高价态，部分或全部阴离子从有机高分子电阻改变材料迁移回有机高分子电解质材料，以平衡电化学氧化还原反应中所产生的正电荷，使整个体系保持电中性。
因此，当施加电场后，经离子迁移后该结构单元的忆阻层能够保持电中性和稳定性；同时，在电场的作用下，有机高分子阻变材料的禁带中形成极化子、双极化子、孤子等杂质能级，利于载流子在各能级中跃迁从而提高其迁移率以及整个结构单元的导电状态，具体表现为产生如下效应：
(一)当施加电场为电压等幅连续扫描电场时
在电压等幅连续扫描刺激下，包括负向电压连续循环扫描刺激或者正向电压连续循环扫描刺激，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值随扫描次数的增加而增加，从而呈现出类似生物神经元突触的“学习、记忆”功能；并且，撤去该电压扫描刺激后，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值减小，其减小幅度随时间的增加而逐渐降低并趋于稳定，该稳定值高于施加该电压刺激前该忆阻单元的电流绝对值，从而呈现出类似生物神经元的“短时记忆塑性”功能，当再次施加该电压刺激时，随着扫描次数的增加，该有机高分子忆阻单元的电流绝对值逐渐恢复至前次第一次施加电压刺激结束时的数值，呈现出类似生物神经元突触基于过往记忆的“快速回忆”功能；
(二)当施加电场为连续脉冲电场时
在连续脉冲电压刺激下，包括负向电压连续脉冲或者正向电压连续脉冲，所述连续脉冲具有相同的脉冲幅值和脉冲宽度，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值脉冲次数的增加而增加，从而呈现出类似生物神经元突触的“学习、记忆”功能；并且，撤去该电压刺激后，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值减小，其减小幅度随时间的增加而逐渐降低并趋于稳定，该稳定值高于施加该电压刺激前该忆阻单元的电流绝对值，从而呈现出类似生物神经元的“短时记忆塑性”功能，当再次施加该电压刺激时，随着脉冲次数的增加，该有机高分子忆阻单元的电流绝对值逐渐恢复至前次第一次施加电压刺激结束时的数值，呈现出类似生物神经元突触基于过往记忆的“快速回忆”功能。
因此，本发明的有机高分子忆阻结构单元具有类似生物神经元的“学习记忆、遗忘、回忆”特征，通过电压扫描或脉冲等的控制，能够实现学习记忆、遗忘与回忆过程，可作为新型微电子仿生单元应用于计算机等技术领域，以模仿人脑神经元突触的处理和学习信息的工作方式，从而极大地促进计算机等的运算速度与并行处理能力。
附图说明
图1是本发明有机高分子忆阻单元的结构示意图；
图2是本发明实施例1中的有机高分子忆阻单元的在电压单次循环扫描模式下电阻改变的电压-电流特性曲线；
图3是本发明实施例1中的有机高分子忆阻单元在电场作用下电化学氧化还原以及离子迁移的工作机制；
图4是本发明实施例1中的有机高分子忆阻单元在电压等幅连续循环扫描模式下的多态电阻改变的电压-电流特性曲线；
图5a是本发明实施例1中的有机高分子忆阻单元在电压等幅连续循环扫描模式下的电压-时间特性曲线与电流-时间特性曲线；
图5b是本发明实施例1中的有机高分子忆阻单元在电压等幅连续循环扫描模式下的电流-扫描循环次数特性曲线；
图6a是本发明实施例1中的有机高分子忆阻单元在负向电压等幅连续循环扫描激励下呈现学习过程的电流-扫描次数特性曲线；
图6b是本发明实施例1中的有机高分子忆阻单元在负向电压等幅连续循环扫描激励下呈现遗忘过程的电流-时间特性曲线；
图6c是本发明实施例1中的有机高分子忆阻单元在负向电压等幅连续循环扫描激励下呈现回忆过程的电流-扫描次数特性曲线；
图7a是本发明实施例1中的有机高分子忆阻单元在负向电压连续脉冲模式下采用不同脉冲幅值和不同脉冲宽度时的电流-脉冲次数特性柱状图；
图7b是本发明实施例1中的有机高分子忆阻单元在正向电压连续脉冲模式下采用不同脉冲幅值和不同脉冲宽度时的电流-脉冲次数特性柱状图；
图7c是本发明实施例1中的有机高分子忆阻单元在正负向电压连续脉冲模式下采用相同脉冲幅值和相同脉冲宽度时的电流-脉冲次数特性曲线；
图8a是本发明实施例1中的有机高分子忆阻单元在负向电压连续脉冲激励下呈现学习过程的电流-扫描次数特性曲线；
图8b是本发明实施例1中的有机高分子忆阻单元在负向电压连续脉冲激励下呈现遗忘过程的电流-时间特性曲线；
图8c是本发明实施例1中的有机高分子忆阻单元在负向电压连续脉冲激励下呈现回忆过程的电流-扫描次数特性曲线；
图9是本发明实施例1中的有机高分子忆阻单元在撤去负向电压连续脉冲激励后呈现短时记忆塑性向长时记忆塑性转变的电流-时间特性曲线。
具体实施方式
以下结合附图与示范实施例对本发明作进一步详细描述。应理解的是，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的范围。
附图说明：绝缘衬底1，底电极层2，有机高分子忆阻层3，顶电极层4，有机高分子阻变层5，有机高分子电解质层6。
关于附图，应预料到由例如制造技术和/或公差等造成的示意图形状的变化，即，器件结构不应该被理解为限于附图中示出的形状，而是应包括例如制造等造成的形状偏差。例如，示出为矩形的有机高分子阻变区域通常会在其边缘处具有倒圆的或者弯曲的特征。因此，附图中示出的区域本质上是示意性的，它们的形状不意在示出结构单元区域的真实形状，也不意在限制示范实施例的范围。
这里使用的术语只是意在描述具体示范实施例，而不意在成为示范实施例的限制。除非另外限定，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)的含义与示范实施例所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。还应理解的是，除非这里明确定义，否则术语(诸如那些在通用字典里定义的术语)应该被理解为其含义与本说明书中和相关领域上下文中的含义一致，并且不应该被理想化或过度正式的理解。还应理解的是，当术语“包括“和/或”包含“在本说明书中使用时，表明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
实施例1：
本实施例中，有机高分子忆阻单元的结构如图1a所示。该结构单元包括绝缘衬底1，底电极层2，有机高分子忆阻层3，顶电极层4。底电极层2位于绝缘衬底1上，忆阻层3位于底电极层2上，顶电极层4位于忆阻层3上。
底电极层2的材料物ITO。顶电极4的材料为Al。
如图1b所示，忆阻层3为双层结构，由有机高分子阻变层5与有机高分子电解质层6组成。有机高分子电解质层6位于位于底电极2上，是高氯酸锂(LiClO4)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、碳酸乙烯酯(EC)和碳酸丙烯酯(PC)的混合物。有机高分子阻变层5位于有机高分子电解质层6上，为聚三苯胺(PTPA)。
有机高分子阻变层5可通过电化学聚合、旋涂、LB或自组装的方式形成在有机高分子电解质层6上。有机高分子电解质层6可通过电化学聚合、旋涂、LB或自组装的方式形成在底电极2上。
如图1b所示，有机高分子阻变层5和有机高分子电解质层6形成在顶电极4与底电极2的交叉处。
对该有机高分子忆阻结构单元施加电场刺激，具体如下：
(一)电压扫描
对该有机高分子忆阻结构单元施加电压扫描，扫描模式分为电压单次循环扫描、电压等幅连续扫描；
(1)电压单次循环扫描刺激
在电压单次循环扫描模式下，包括负向电压单次循环扫描或者正向电压单次循环扫描，该有机高分子忆阻结构单元中的电压-电流特性曲线如图2所示，忆阻层内电化学氧化还原以及离子迁移的工作机制如图3所示。
(1-1)负向电压单次循环扫描，即电压从0V负向增加到一定值后再负向减小至0V
当电压从0V负向增加至一定值时，聚三苯胺的氮原子(N)逐渐被氧化至极化子(N·+)。该极化子在聚三苯胺的禁带中引入新的能级，致使载流子更容易发生能级间跃迁，有效提高了有机高分子阻变层的载流子迁移率；当电压从该一定值负向减小至0V时，由于导电极化子的存在，其电流绝对值高于电压从0V负向增加时相同电压下所对应的数值。即，如图2所示，在负向电压单次循环扫描过程中，电压-电流曲线在第三象限呈现逆时针方向的滞回特性。
在该过程中，有机高分子电解质层中的锂离子(Li+)被还原至金属态(Li0)；而高氯酸根阴离子则迁移至聚三苯胺有机高分子阻变层，平衡氮极化子(N·+)所带有的正电荷，从而保持整个装置的电中性和稳定性。
(1-2)正向电压单次循环扫描，即电压从0V正向增加到一定值后再正向减小至0V
当电压从0V正向增加至一定值时，聚三苯胺上的氮极化子(N·+)逐渐被还原至原子(N)，并从聚三苯胺的禁带中移走新的能级，致使载流子不再容易发生能级间跃迁，降低了有机高分子阻变层的载流子迁移率；当电压从该一定值正向减小至0V时，由于导电极化子浓度或数量的降低，其电流绝对值低于电压从0V正向增加时相同电压下所对应的数值。即，如图2所示，在正向电压单次扫描过程中，电压-电流曲线在第一象限呈现顺时针方向的滞回特性。
在该过程中，有机高分子电解质层中的锂原子(Li0)被氧化至锂离子(Li+)；而高氯酸根阴离子从聚三苯胺有机高分子电阻变化层迁移回有机高分子电解质层，平衡锂离子(Li+)所带有的正电荷，从而保持整个装置的电中性和稳定性。
(2)电压等幅连续循环扫描刺激
在电压等幅连续循环扫描模式下，包括负向电压连续循环扫描、正向电压连续循环扫描或正负向电压连续循环扫描，该有机高分子忆阻结构单元中的电压-电流特性曲线如图4所示。
(2-1)负向电压等幅连续循环扫描
当电压从0V负向扫描时，随等辐扫描次数的增加，聚三苯胺上越来越多的氮原子(N)被氧化至极化子(N·+)，使得流经有机高分子忆阻器的电流越来越大，如图4所示，第三象限的电压-电流滞回特性曲线逐渐远离电压轴向下偏移。这说明该有机高分子忆阻单元的电压-电流特性具有“记忆”功能，与人脑突触在生物电信号刺激下的自适应调节极其类似。因此，将该有机高分子忆阻单元的电导定义为神经元的突触权重，负向扫描电场则可用于激发该有机高分子忆阻单元进行“学习”；
(2-2)正向电压等幅连续循环扫描
当电压从0V正向扫描时，随等辐扫描次数的增加，聚三苯胺上越来越多的氮极化子(N·+)被还原至氮原子(N)，使得流经有机高分子忆阻器的电流越来越小，如图4所示，第一象限的电压-电流滞回特性曲线逐渐靠近电压轴向下偏移。这说明该有机高分子忆阻单元的电压-电流特性具有“遗忘”功能，与人脑突触在生物电信号刺激下的自适应调节极其类似。因此，将该有机高分子忆阻单元的电导定义为神经元的突触权重，正向扫描电场则可用于激发该有机高分子忆阻单元进行“强迫遗忘”。
(2-3)正负向电压连续循环扫描
对该有机高分子忆阻结构单元施加电场，在负向电压连续循环扫描之后进行正向电压连续循环扫描，并且整个扫描过程采用相同的电压扫描速度和步长。该有机高分子忆阻单元的电压-时间特性曲线与电流-时间特性曲线如图5a所示。从图5a中可以看出，该有机高分子忆阻单元在同向电压连续循环扫描模式下的电压-时间特性曲线呈现等腰三角形形状，且其高度保持恒定。相对应地，该有机高分子忆阻单元在同向电压连续扫描模式下的电流-时间特性曲线呈现近等腰三角形形状，但其高度在负向电压扫描时随扫描次数增加而增加，在正向电压扫描时随扫描次数增加而降低。这与图4示出的利用负向和正向等幅连续循环扫描电场分别激发该有机高分子仿生忆阻单元进行“学习和遗忘”的功能一致。
图5b为图5a对应的电流绝对值-扫描次数特性曲线，所述电流绝对值是指每次电压循环扫描时在电压峰值处读出的电流绝对值。从图5b可以看出，随着负向扫描次数的增加，流过该有机高分子忆阻单元的电流越来越大；随着正向扫描次数的增加，流过该有机高分子忆阻单元的电流越来越小。这与图4示出的利用负向和正向等幅连续循环扫描电场分别激发该有机高分子忆阻单元进行“学习和遗忘”的功能一致。并且，负向扫描结束时流过该有机高分子忆阻单元的电流与正向扫描开始时流过该有机高分子忆阻单元的电流之间呈现一定的差异，这与生物神经元学习过程中的“短时遗忘”特性相符合。
(2-4)负向电压连续循环扫描激励、撤去刺激、再刺激
(3)采用图5b中的负向电压扫描对该有机高分子忆阻单元依次进行刺激、撤去刺激、再刺激，该有机高分子忆阻单元的电流—扫描次数特性曲线和电流-时间特性曲线呈现“学习、遗忘、回忆”特性，如图6所示：
(3-1)学习过程
采用负向电压连续扫描对该有机高分子忆阻单元进行刺激，该有机高分子忆阻单元的电导，即神经元的突触权重随施加电压扫描刺激的次数逐渐增加，如图6a所示，呈现“学习、记忆”功能；
(3-2)遗忘过程
撤去负向电压扫描刺激，该有机高分子忆阻单元的电导，即神经元的突触权重随时间的增加而逐渐降低并趋于饱和，但其饱和值仍高于施加该负向扫描电压刺激前该忆阻单元的电导或神经元突出权重，如图6b所示，从而呈现短时记忆塑性的特征；
(3-3)回忆过程
再次施加少数负向电压扫描刺激该有机高分子忆阻单元，即可使该有机高分子忆阻单元恢复(1)中学习过程结束时的电导或神经元突触权重，如图6c所示，呈现出基于过往记忆的“快速回忆”功能；
上述(1)、(2)与(3)过程与生物***的“学习、记忆”、“短时遗忘”以及基于过往记忆的“快速回忆”功能相一致。
(二)连续电压脉冲刺激
连续电压脉冲模式包括负向电压连续脉冲和正向电压连续脉冲操作，具体如下。
(1)负向电压连续脉冲刺激
对该有机高分子忆阻结构单元施加电场，在负向电压连续脉冲模式下，采用不同脉冲幅值和不同脉冲宽度时，该有机高分子忆阻结构单元中的电流-脉冲次数特性柱状图如图7a所示。从图7a中可以看出，在负向电压连续脉冲模式下，流过该有机高分子忆阻单元的电流随脉冲次数的增加而增大，表明利用负向脉冲电场可以激发该有机高分子忆阻单元进行“学习、记忆”；并且，其电流增加的幅度随脉冲幅值、宽度的增加而增大。
(2)正向电压连续脉冲刺激
在施加连续负向脉冲刺激以后对该有机高分子忆阻结构单元施加电场，在正向电压连续脉冲模式下，采用不同脉冲幅值和不同脉冲宽度时，该有机高分子忆阻结构单元中的电流-脉冲次数特性柱状图如图7b所示。从图7b中可以看出，在正向电压连续脉冲模式下，流过该有机高分子忆阻单元的电流随脉冲次数的增加而减小，表明利用正向脉冲电场可以激发该有机高分子忆阻单元进行“强迫遗忘”；并且，其电流增加的幅度随脉冲幅值、宽度的增加而增大。
(3)负、正向电压连续脉冲刺激
对该有机高分子忆阻结构单元施加电场，在负向电压连续脉冲模式之后进行正向电压连续脉冲模式，并且整个过程中采用相同的脉冲幅值和相同的脉冲宽度。在1V电压下读取的该有机高分子忆阻单元的电流绝对值-脉冲次数特性曲线如图7c所示。从图7c中可以看出，在负向电压连续脉冲模式下，流过该有机高分子忆阻单元的电流随脉冲次数的增加而增大；在正向电压连续脉冲模式下，流过该有机高分子忆阻单元的电流随脉冲次数的增加而减小。这与图7a和7b示出的利用负向电压连续脉冲模式和正向电压连续脉冲模式分别激发该有机高分子忆阻单元进行“学习和遗忘”的功能一致。并且，施加负向电压连续脉冲结束时流过该有机高分子忆阻单元的电流与施加正向电压连续脉冲开始时流过该有机高分子忆阻单元的电流之间呈现一定的差异，这与生物神经元学习过程中的“短时遗忘”特性相符合。
(4)负向电压连续脉冲激励、撤去刺激、再刺激
采用图7b中的电压脉冲对该有机高分子忆阻单元依次进行刺激、撤去刺激、再刺激，该有机高分子忆阻单元的电流--脉冲次数特性曲线和电流-时间特性曲线呈现“学习、遗忘、回忆”特性：
(4-1)学习过程
采用负向电压连续脉冲对该有机高分子忆阻单元进行刺激，该有机高分子忆阻单元的电导，即神经元的突触权重随施加电压脉冲刺激的次数逐渐增加，如图8a所示，呈现“学习、记忆”功能；
(4-2)遗忘过程
撤去负向电压脉冲刺激，该有机高分子忆阻单元的电导，即神经元的突触权重随时间的增加而逐渐降低并趋于饱和，但其饱和值仍高于施加该负向脉冲电压刺激前该忆阻单元的电导或神经元突出权重，如图8b所示，从而呈现短时记忆塑性的特征；
(4-3)回忆过程
再次施加少数负向电压脉冲刺激该有机高分子忆阻单元，即可使该有机高分子忆阻单元恢复(1)中学习过程结束时的电导或神经元突触权重，如图8c所示，呈现出基于过往记忆的“快速回忆”功能；
上述(1)、(2)与(3)过程与生物***的“学习、记忆”、“短时遗忘”以及基于过往记忆的“快速回忆”功能相一致。
针对上述(1)学习过程，采用负向电压连续脉冲对该有机高分子忆阻单元进行刺激，随着电压连续脉冲激励次数的增加，如图9所示，该有机高分子忆阻单元在(2)遗忘过程中的衰减幅度相应降低并逐渐趋于稳定，即，神经元突触权重的饱和遗忘剩值也随着脉冲激励次数的增加而提高，证明连续脉冲激励可诱导该有机高分子忆阻单元由短时记忆塑性向长时记忆塑性转变。
实施例2：
本实施例中，有机高分子忆阻单元的结构如图1a所示。该结构单元包括绝缘衬底1，底电极层2，有机高分子忆阻层3，顶电极层4。底电极层2位于绝缘衬底1上，忆阻层3位于底电极层2上，顶电极层4位于忆阻层3上。
底电极层2的材料物ITO。顶电极4的材料为Al。
如图1b所示，忆阻层3为双层结构，由有机高分子阻变层5与有机高分子电解质层6组成。有机高分子电解质层6位于位于底电极2上，是由含有4,4'-联吡啶六氟磷酸盐的芴基单体聚合而成的聚合材料构成。有机高分子阻变层5位于有机高分子电解质层6上，为聚三苯胺(PTPA)。
有机高分子阻变层5可通过电化学聚合、旋涂、LB或自组装的方式形成在有机高分子电解质层6上。有机高分子电解质层6可通过电化学聚合、旋涂、LB或自组装的方式形成在底电极2上。
如图1b所示，有机高分子阻变层5和有机高分子电解质层6形成在顶电极4与底电极2的交叉处。
对该有机高分子忆阻结构单元施加电场刺激，具体如下：
(一)电压扫描
对该有机高分子忆阻结构单元施加电压扫描，扫描模式分为电压单次循环扫描、电压等幅连续扫描；
(1)电压单次循环扫描刺激
在电压单次循环扫描模式下，包括负向电压单次循环扫描或者正向电压单次循环扫描，该有机高分子忆阻结构单元中的电压-电流特性曲线类似图2所示，忆阻层内电化学氧化还原以及离子迁移的工作机制如图3所示。
(1-1)负向电压单次循环扫描，即电压从0V负向增加到一定值后再负向减小至0V
当电压从0V负向增加至一定值时，聚三苯胺的氮原子(N)逐渐被氧化至极化子(N·+)。该极化子在聚三苯胺的禁带中引入新的能级，致使载流子更容易发生能级间跃迁，有效提高了有机高分子阻变层的载流子迁移率；当电压从该一定值负向减小至0V时，由于导电极化子的存在，其电流绝对值高于电压从0V负向增加时相同电压下所对应的数值。即，类似图2所示，在负向电压单次循环扫描过程中，电压-电流曲线在第三象限呈现逆时针方向的滞回特性。
在该过程中，有机高分子电解质层中的4,4'-联吡啶基团中的氮离子(N+)被还原至原子态(N0)；而六氟磷酸根阴离子则迁移至聚三苯胺有机高分子阻变层，平衡氮极化子(N·+)所带有的正电荷，从而保持整个装置的电中性和稳定性。
(1-2)正向电压单次循环扫描，即电压从0V正向增加到一定值后再正向减小至0V
当电压从0V正向增加至一定值时，聚三苯胺上的氮极化子(N·+)逐渐被还原至原子(N)，并从聚三苯胺的禁带中移走新的能级，致使载流子不再容易发生能级间跃迁，降低了有机高分子阻变层的载流子迁移率；当电压从该一定值正向减小至0V时，由于导电极化子浓度或数量的降低，其电流绝对值低于电压从0V正向增加时相同电压下所对应的数值。即，类似图2所示，在正向电压单次扫描过程中，电压-电流曲线在第一象限呈现顺时针方向的滞回特性。
在该过程中，有机高分子电解质层中的4,4'-联吡啶基团中的氮原子(N0)被氧化至离子态(N+)；而六氟磷酸根阴离子从聚三苯胺有机高分子电阻变化层迁移回有机高分子电解质层，平衡氮离子(N+)所带有的正电荷，从而保持整个装置的电中性和稳定性。
(2)电压等幅连续循环扫描刺激
在电压等幅连续循环扫描模式下，包括负向电压连续循环扫描、正向电压连续循环扫描或正负向电压连续循环扫描，该有机高分子忆阻结构单元中的电压-电流特性曲线类似图4所示。
(2-1)负向电压等幅连续循环扫描
当电压从0V负向扫描时，随等辐扫描次数的增加，聚三苯胺上越来越多的氮原子(N)被氧化至极化子(N·+)，使得流经有机高分子忆阻器的电流越来越大，类似图4所示，第三象限的电压-电流滞回特性曲线逐渐远离电压轴向下偏移。这说明该有机高分子忆阻单元的电压-电流特性具有“记忆”功能，与人脑突触在生物电信号刺激下的自适应调节极其类似。因此，将该有机高分子忆阻单元的电导定义为神经元的突触权重，负向扫描电场则可用于激发该有机高分子忆阻单元进行“学习”；
(2-2)正向电压等幅连续循环扫描
当电压从0V正向扫描时，随等辐扫描次数的增加，聚三苯胺上越来越多的氮极化子(N·+)被还原至氮原子(N)，使得流经有机高分子忆阻器的电流越来越小，类似图4所示，第一象限的电压-电流滞回特性曲线逐渐靠近电压轴向下偏移。这说明该有机高分子忆阻单元的电压-电流特性具有“遗忘”功能，与人脑突触在生物电信号刺激下的自适应调节极其类似。因此，将该有机高分子忆阻单元的电导定义为神经元的突触权重，正向扫描电场则可用于激发该有机高分子忆阻单元进行“强迫遗忘”。
(2-3)正负向电压连续循环扫描
对该有机高分子忆阻结构单元施加电场，在负向电压连续循环扫描之后进行正向电压连续循环扫描，并且整个扫描过程采用相同的电压扫描速度和步长。该有机高分子忆阻单元的电压-时间特性曲线与电流-时间特性曲线类似图5a所示。从图5a中可以看出，该有机高分子忆阻单元在同向电压连续循环扫描模式下的电压-时间特性曲线呈现等腰三角形形状，且其高度保持恒定。相对应地，该有机高分子忆阻单元在同向电压连续扫描模式下的电流-时间特性曲线呈现近等腰三角形形状，但其高度在负向电压扫描时随扫描次数增加而增加，在正向电压扫描时随扫描次数增加而降低。这与图4示出的利用负向和正向等幅连续循环扫描电场分别激发该有机高分子仿生忆阻单元进行“学习和遗忘”的功能一致。
图5b为图5a对应的电流绝对值-扫描次数特性曲线，所述电流绝对值是指每次电压循环扫描时在电压峰值处读出的电流绝对值。从图5b可以看出，随着负向扫描次数的增加，流过该有机高分子忆阻单元的电流越来越大；随着正向扫描次数的增加，流过该有机高分子忆阻单元的电流越来越小。这与图4示出的利用负向和正向等幅连续循环扫描电场分别激发该有机高分子忆阻单元进行“学习和遗忘”的功能一致。并且，负向扫描结束时流过该有机高分子忆阻单元的电流与正向扫描开始时流过该有机高分子忆阻单元的电流之间呈现一定的差异，这与生物神经元学习过程中的“短时遗忘”特性相符合。
(2-4)负向电压连续循环扫描激励、撤去刺激、再刺激
(3)采用图5b中的负向电压扫描对该有机高分子忆阻单元依次进行刺激、撤去刺激、再刺激，该有机高分子忆阻单元的电流—扫描次数特性曲线和电流-时间特性曲线呈现“学习、遗忘、回忆”特性，类似图6所示：
(3-1)学习过程
采用负向电压连续扫描对该有机高分子忆阻单元进行刺激，该有机高分子忆阻单元的电导，即神经元的突触权重随施加电压扫描刺激的次数逐渐增加，类似图6a所示，呈现“学习、记忆”功能；
(3-2)遗忘过程
撤去负向电压扫描刺激，该有机高分子忆阻单元的电导，即神经元的突触权重随时间的增加而逐渐降低并趋于饱和，但其饱和值仍高于施加该负向扫描电压刺激前该忆阻单元的电导或神经元突出权重，类似图6b所示，从而呈现短时记忆塑性的特征；
(3-3)回忆过程
再次施加少数负向电压扫描刺激该有机高分子忆阻单元，即可使该有机高分子忆阻单元恢复(1)中学习过程结束时的电导或神经元突触权重，类似图6c所示，呈现出基于过往记忆的“快速回忆”功能；
上述(1)、(2)与(3)过程与生物***的“学习、记忆”、“短时遗忘”以及基于过往记忆的“快速回忆”功能相一致。
(二)连续电压脉冲刺激
连续电压脉冲模式包括负向电压连续脉冲和正向电压连续脉冲操作，具体如下。
(1)负向电压连续脉冲刺激
对该有机高分子忆阻结构单元施加电场，在负向电压连续脉冲模式下，采用不同脉冲幅值和不同脉冲宽度时，该有机高分子忆阻结构单元中的电流-脉冲次数特性柱状图类似图7a所示。从图7a中可以看出，在负向电压连续脉冲模式下，流过该有机高分子忆阻单元的电流随脉冲次数的增加而增大，表明利用负向脉冲电场可以激发该有机高分子忆阻单元进行“学习、记忆”；并且，其电流增加的幅度随脉冲幅值、宽度的增加而增大。
(2)正向电压连续脉冲刺激
在施加连续负向脉冲刺激以后对该有机高分子忆阻结构单元施加电场，在正向电压连续脉冲模式下，采用不同脉冲幅值和不同脉冲宽度时，该有机高分子忆阻结构单元中的电流-脉冲次数特性柱状图类似图7b所示。从图7b中可以看出，在正向电压连续脉冲模式下，流过该有机高分子忆阻单元的电流随脉冲次数的增加而减小，表明利用正向脉冲电场可以激发该有机高分子忆阻单元进行“强迫遗忘”；并且，其电流增加的幅度随脉冲幅值、宽度的增加而增大。
(3)负、正向电压连续脉冲刺激
对该有机高分子忆阻结构单元施加电场，在负向电压连续脉冲模式之后进行正向电压连续脉冲模式，并且整个过程中采用相同的脉冲幅值和相同的脉冲宽度。在1V电压下读取的该有机高分子忆阻单元的电流绝对值-脉冲次数特性曲线类似图7c所示。从图7c中可以看出，在负向电压连续脉冲模式下，流过该有机高分子忆阻单元的电流随脉冲次数的增加而增大；在正向电压连续脉冲模式下，流过该有机高分子忆阻单元的电流随脉冲次数的增加而减小。这与图7a和7b示出的利用负向电压连续脉冲模式和正向电压连续脉冲模式分别激发该有机高分子忆阻单元进行“学习和遗忘”的功能一致。并且，施加负向电压连续脉冲结束时流过该有机高分子忆阻单元的电流与施加正向电压连续脉冲开始时流过该有机高分子忆阻单元的电流之间呈现一定的差异，这与生物神经元学习过程中的“短时遗忘”特性相符合。
(4)负向电压连续脉冲激励、撤去刺激、再刺激
采用图7b中的电压脉冲对该有机高分子忆阻单元依次进行刺激、撤去刺激、再刺激，该有机高分子忆阻单元的电流--脉冲次数特性曲线和电流-时间特性曲线呈现“学习、遗忘、回忆”特性：
(4-1)学习过程
采用负向电压连续脉冲对该有机高分子忆阻单元进行刺激，该有机高分子忆阻单元的电导，即神经元的突触权重随施加电压脉冲刺激的次数逐渐增加，类似图8a所示，呈现“学习、记忆”功能；
(4-2)遗忘过程
撤去负向电压脉冲刺激，该有机高分子忆阻单元的电导，即神经元的突触权重随时间的增加而逐渐降低并趋于饱和，但其饱和值仍高于施加该负向脉冲电压刺激前该忆阻单元的电导或神经元突出权重，类似图8b所示，从而呈现短时记忆塑性的特征；
(4-3)回忆过程
再次施加少数负向电压脉冲刺激该有机高分子忆阻单元，即可使该有机高分子忆阻单元恢复(1)中学习过程结束时的电导或神经元突触权重，类似图8c所示，呈现出基于过往记忆的“快速回忆”功能；
上述(1)、(2)与(3)过程与生物***的“学习、记忆”、“短时遗忘”以及基于过往记忆的“快速回忆”功能相一致。
针对上述(1)学习过程，采用负向电压连续脉冲对该有机高分子忆阻单元进行刺激，随着电压连续脉冲激励次数的增加，类似图9所示，该有机高分子忆阻单元在(2)遗忘过程中的衰减幅度相应降低并逐渐趋于稳定，即，神经元突触权重的饱和遗忘剩值也随着脉冲激励次数的增加而提高，证明连续脉冲激励可诱导该有机高分子忆阻单元由短时记忆塑性向长时记忆塑性转变。
实施例3：
本实施例中，有机高分子忆阻单元的结构与实施例1和2基本相同，所不同的是：如图1c所示，忆阻层3为单层结构，该单层忆阻层3位于顶电极4与底电极2的交叉处，是由离子液体和有机高分子阻变材料混合形成。离子液体是六氟磷酸锂(LiPF6)、有机高分子阻变材料是聚吡咯(PPy)。单层忆阻层3可通过旋涂、LB或自组装的方式形成在底电极2上。
底电极层2的材料物Pt。顶电极4的材料为Ta。
对该有机高分子忆阻结构单元施加电场刺激，具体如下：
(一)电压扫描
对该有机高分子忆阻结构单元施加电压扫描，扫描模式分为电压单次循环扫描、电压等幅连续扫描；
(1)电压单次循环扫描刺激
在电压单次循环扫描模式下，包括负向电压单次循环扫描或者正向电压单次循环扫描，该有机高分子忆阻结构单元中的电压-电流特性曲线类似图2所示。
(1-1)负向电压单次循环扫描，即电压从0V负向增加到一定值后再负向减小至0V
当电压从0V负向增加至一定值时，聚吡咯的氮原子(N)逐渐被氧化至极化子(N·+)。该极化子在聚吡咯的禁带中引入新的能级，致使载流子更容易发生能级间跃迁，有效提高了有机高分子阻变层的载流子迁移率；当电压从该一定值负向减小至0V时，由于导电极化子的存在，其电流绝对值高于电压从0V负向增加时相同电压下所对应的数值。即，类似图2所示，在负向电压单次循环扫描过程中，电压-电流曲线在第三象限呈现逆时针方向的滞回特性。
(1-2)正向电压单次循环扫描，即电压从0V正向增加到一定值后再正向减小至0V
当电压从0V正向增加至一定值时，聚吡咯上的氮极化子(N·+)逐渐被还原至原子(N)，并从聚吡咯的禁带中移走新的能级，致使载流子不再容易发生能级间跃迁，降低了有机高分子阻变层的载流子迁移率；当电压从该一定值正向减小至0V时，由于导电极化子浓度或数量的降低，其电流绝对值低于电压从0V正向增加时相同电压下所对应的数值。即，类似图2所示，在正向电压单次扫描过程中，电压-电流曲线在第一象限呈现顺时针方向的滞回特性。
(2)电压等幅连续循环扫描刺激
在电压等幅连续循环扫描模式下，包括负向电压连续循环扫描、正向电压连续循环扫描或正负向电压连续循环扫描，该有机高分子忆阻结构单元中的电压-电流特性曲线类似图4所示。
(2-1)负向电压等幅连续循环扫描
当电压从0V负向扫描时，随等辐扫描次数的增加，聚吡咯上越来越多的氮原子(N)被氧化至极化子(N·+)，使得流经有机高分子忆阻器的电流越来越大，类似图4所示，第三象限的电压-电流滞回特性曲线逐渐远离电压轴向下偏移。这说明该有机高分子忆阻单元的电压-电流特性具有“记忆”功能，与人脑突触在生物电信号刺激下的自适应调节极其类似。因此，将该有机高分子忆阻单元的电导定义为神经元的突触权重，负向扫描电场则可用于激发该有机高分子忆阻单元进行“学习”；
(2-2)正向电压等幅连续循环扫描
当电压从0V正向扫描时，随等辐扫描次数的增加，聚吡咯上越来越多的氮极化子(N·+)被还原至氮原子(N)，使得流经有机高分子忆阻器的电流越来越小，类似图4所示，第一象限的电压-电流滞回特性曲线逐渐靠近电压轴向下偏移。这说明该有机高分子忆阻单元的电压-电流特性具有“遗忘”功能，与人脑突触在生物电信号刺激下的自适应调节极其类似。因此，将该有机高分子忆阻单元的电导定义为神经元的突触权重，正向扫描电场则可用于激发该有机高分子忆阻单元进行“强迫遗忘”。
(2-3)正负向电压连续循环扫描
对该有机高分子忆阻结构单元施加电场，在负向电压连续循环扫描之后进行正向电压连续循环扫描，并且整个扫描过程采用相同的电压扫描速度和步长。该有机高分子忆阻单元的电压-时间特性曲线与电流-时间特性曲线类似图5a所示，从中可以看出，该有机高分子忆阻单元在同向电压连续循环扫描模式下的电压-时间特性曲线呈现等腰三角形形状，且其高度保持恒定。相对应地，该有机高分子忆阻单元在同向电压连续扫描模式下的电流-时间特性曲线呈现近等腰三角形形状，但其高度在负向电压扫描时随扫描次数增加而增加，在正向电压扫描时随扫描次数增加而降低。这与利用负向和正向等幅连续循环扫描电场分别激发该有机高分子仿生忆阻单元进行“学习和遗忘”的功能一致。
电流绝对值-扫描次数特性曲线类似图5b所示，所述电流绝对值是指每次电压循环扫描时在电压峰值处读出的电流绝对值，从中可以看出，随着负向扫描次数的增加，流过该有机高分子忆阻单元的电流越来越大；随着正向扫描次数的增加，流过该有机高分子忆阻单元的电流越来越小。这与利用负向和正向等幅连续循环扫描电场分别激发该有机高分子忆阻单元进行“学习和遗忘”的功能一致。并且，负向扫描结束时流过该有机高分子忆阻单元的电流与正向扫描开始时流过该有机高分子忆阻单元的电流之间呈现一定的差异，这与生物神经元学习过程中的“短时遗忘”特性相符合。
(2-4)负向电压连续循环扫描激励、撤去刺激、再刺激
(3)采用负向电压扫描对该有机高分子忆阻单元依次进行刺激、撤去刺激、再刺激，该有机高分子忆阻单元的电流—扫描次数特性曲线和电流-时间特性曲线呈现“学习、遗忘、回忆”特性，类似图6所示：
(3-1)学习过程
采用负向电压连续扫描对该有机高分子忆阻单元进行刺激，该有机高分子忆阻单元的电导，即神经元的突触权重随施加电压扫描刺激的次数逐渐增加，类似图6a所示，呈现“学习、记忆”功能；
(3-2)遗忘过程
撤去负向电压扫描刺激，该有机高分子忆阻单元的电导，即神经元的突触权重随时间的增加而逐渐降低并趋于饱和，但其饱和值仍高于施加该负向扫描电压刺激前该忆阻单元的电导或神经元突出权重，类似图6b所示，从而呈现短时记忆塑性的特征；
(3-3)回忆过程
再次施加少数负向电压扫描刺激该有机高分子忆阻单元，即可使该有机高分子忆阻单元恢复(1)中学习过程结束时的电导或神经元突触权重，类似图6c所示，呈现出基于过往记忆的“快速回忆”功能；
上述(1)、(2)与(3)过程与生物***的“学习、记忆”、“短时遗忘”以及基于过往记忆的“快速回忆”功能相一致。
(二)连续电压脉冲刺激
连续电压脉冲模式包括负向电压连续脉冲和正向电压连续脉冲操作，具体如下。
(1)负向电压连续脉冲刺激
对该有机高分子忆阻结构单元施加电场，在负向电压连续脉冲模式下，采用不同脉冲幅值和不同脉冲宽度时，该有机高分子忆阻结构单元中的电流-脉冲次数特性柱状图类似图7a所示，从中可以看出，在负向电压连续脉冲模式下，流过该有机高分子忆阻单元的电流随脉冲次数的增加而增大，表明利用负向脉冲电场可以激发该有机高分子忆阻单元进行“学习、记忆”；并且，其电流增加的幅度随脉冲幅值、宽度的增加而增大。
(2)正向电压连续脉冲刺激
在施加连续负向脉冲刺激以后对该有机高分子忆阻结构单元施加电场，在正向电压连续脉冲模式下，采用不同脉冲幅值和不同脉冲宽度时，该有机高分子忆阻结构单元中的电流-脉冲次数特性柱状图类似图7b所示，从中可以看出，在正向电压连续脉冲模式下，流过该有机高分子忆阻单元的电流随脉冲次数的增加而减小，表明利用正向脉冲电场可以激发该有机高分子忆阻单元进行“强迫遗忘”；并且，其电流增加的幅度随脉冲幅值、宽度的增加而增大。
(3)负、正向电压连续脉冲刺激
对该有机高分子忆阻结构单元施加电场，在负向电压连续脉冲模式之后进行正向电压连续脉冲模式，并且整个过程中采用相同的脉冲幅值和相同的脉冲宽度。在1V电压下读取的该有机高分子忆阻单元的电流绝对值-脉冲次数特性曲线类似图7c所示，从中可以看出，在负向电压连续脉冲模式下，流过该有机高分子忆阻单元的电流随脉冲次数的增加而增大；在正向电压连续脉冲模式下，流过该有机高分子忆阻单元的电流随脉冲次数的增加而减小。这与利用负向电压连续脉冲模式和正向电压连续脉冲模式分别激发该有机高分子忆阻单元进行“学习和遗忘”的功能一致。并且，施加负向电压连续脉冲结束时流过该有机高分子忆阻单元的电流与施加正向电压连续脉冲开始时流过该有机高分子忆阻单元的电流之间呈现一定的差异，这与生物神经元学习过程中的“短时遗忘”特性相符合。
(4)负向电压连续脉冲激励、撤去刺激、再刺激
采用电压脉冲对该有机高分子忆阻单元依次进行刺激、撤去刺激、再刺激，该有机高分子忆阻单元的电流--脉冲次数特性曲线和电流-时间特性曲线呈现“学习、遗忘、回忆”特性：
(4-1)学习过程
采用负向电压连续脉冲对该有机高分子忆阻单元进行刺激，该有机高分子忆阻单元的电导，即神经元的突触权重随施加电压脉冲刺激的次数逐渐增加，类似图8a所示，呈现“学习、记忆”功能；
(4-2)遗忘过程
撤去负向电压脉冲刺激，该有机高分子忆阻单元的电导，即神经元的突触权重随时间的增加而逐渐降低并趋于饱和，但其饱和值仍高于施加该负向脉冲电压刺激前该忆阻单元的电导或神经元突出权重，类似图8b所示，从而呈现短时记忆塑性的特征；
(4-3)回忆过程
再次施加少数负向电压脉冲刺激该有机高分子忆阻单元，即可使该有机高分子忆阻单元恢复(1)中学习过程结束时的电导或神经元突触权重，类似图8c所示，呈现出基于过往记忆的“快速回忆”功能；
上述(1)、(2)与(3)过程与生物***的“学习、记忆”、“短时遗忘”以及基于过往记忆的“快速回忆”功能相一致。
针对上述(1)学习过程，采用负向电压连续脉冲对该有机高分子忆阻单元进行刺激，随着电压连续脉冲激励次数的增加，类似图9所示，该有机高分子忆阻单元在(2)遗忘过程中的衰减幅度相应降低并逐渐趋于稳定，即，神经元突触权重的饱和遗忘剩值也随着脉冲激励次数的增加而提高，证明连续脉冲激励可诱导该有机高分子忆阻单元由短时记忆塑性向长时记忆塑性转变。
实施例4：
本实施例中，有机高分子忆阻单元的结构与实施例3基本相同，如图1c所示，忆阻层3为单层结构，该单层忆阻层3位于顶电极4与底电极2的交叉处，是由聚电解质和有机高分子阻变材料混合形成。所不同的是：聚电解质是由含有4,4'-联吡啶六氟磷酸盐的芴基单体聚合形成的聚合材料、有机高分子阻变材料是聚吡咯(PPy)。该单层忆阻层3可通过旋涂、LB或自组装的方式形成在底电极2上。
底电极层2的材料物Pt。顶电极4的材料为Ta。
对该有机高分子忆阻结构单元施加电场刺激，具体如下：
(一)电压扫描
对该有机高分子忆阻结构单元施加电压扫描，扫描模式分为电压单次循环扫描、电压等幅连续扫描；
(1)电压单次循环扫描刺激
在电压单次循环扫描模式下，包括负向电压单次循环扫描或者正向电压单次循环扫描，该有机高分子忆阻结构单元中的电压-电流特性曲线类似图2所示。
(1-1)负向电压单次循环扫描，即电压从0V负向增加到一定值后再负向减小至0V
当电压从0V负向增加至一定值时，聚吡咯上的氮原子(N)逐渐被氧化至极化子(N·+)。该极化子在聚吡咯的禁带中引入新的能级，致使载流子更容易发生能级间跃迁，有效提高了有机高分子阻变层的载流子迁移率；当电压从该一定值负向减小至0V时，由于导电极化子的存在，其电流绝对值高于电压从0V负向增加时相同电压下所对应的数值。即，类似图2所示，在负向电压单次循环扫描过程中，电压-电流曲线在第三象限呈现逆时针方向的滞回特性。
在该过程中，4,4'-联吡啶六氟磷酸盐芴基团中的氮离子(N+)被还原至原子态(N0)；而六氟磷酸根阴离子则迁移至聚吡咯处，平衡氮极化子(N·+)所带有的正电荷，从而保持整个装置的电中性和稳定性。
(1-2)正向电压单次循环扫描，即电压从0V正向增加到一定值后再正向减小至0V
当电压从0V正向增加至一定值时，聚吡咯上的氮极化子(N·+)逐渐被还原至原子(N)，并从聚吡咯的禁带中移走新的能级，致使载流子不再容易发生能级间跃迁，降低了有机高分子阻变层的载流子迁移率；当电压从该一定值正向减小至0V时，由于导电极化子浓度或数量的降低，其电流绝对值低于电压从0V正向增加时相同电压下所对应的数值。即，类似图2所示，在正向电压单次扫描过程中，电压-电流曲线在第一象限呈现顺时针方向的滞回特性。
在该过程中，4,4'-联吡啶六氟磷酸盐芴基团中的氮原子(N0)被氧化至氮离子(N+)；而六氟磷酸根阴离子从聚吡咯处迁移回4,4'-联吡啶六氟磷酸盐芴基团处，平衡氮离子(N+)所带有的正电荷，从而保持整个装置的电中性和稳定性。
(2)电压等幅连续循环扫描刺激
在电压等幅连续循环扫描模式下，包括负向电压连续循环扫描、正向电压连续循环扫描或正负向电压连续循环扫描，该有机高分子忆阻结构单元中的电压-电流特性曲线类似图4所示。
(2-1)负向电压等幅连续循环扫描
当电压从0V负向扫描时，随等辐扫描次数的增加，聚吡咯上越来越多的氮原子(N)被氧化至极化子(N·+)，使得流经有机高分子忆阻器的电流越来越大，类似图4所示，第三象限的电压-电流滞回特性曲线逐渐远离电压轴向下偏移。这说明该有机高分子忆阻单元的电压-电流特性具有“记忆”功能，与人脑突触在生物电信号刺激下的自适应调节极其类似。因此，将该有机高分子忆阻单元的电导定义为神经元的突触权重，负向扫描电场则可用于激发该有机高分子忆阻单元进行“学习”；
(2-2)正向电压等幅连续循环扫描
当电压从0V正向扫描时，随等辐扫描次数的增加，聚吡咯上越来越多的氮极化子(N·+)被还原至氮原子(N)，使得流经有机高分子忆阻器的电流越来越小，类似图4所示，第一象限的电压-电流滞回特性曲线逐渐靠近电压轴向下偏移。这说明该有机高分子忆阻单元的电压-电流特性具有“遗忘”功能，与人脑突触在生物电信号刺激下的自适应调节极其类似。因此，将该有机高分子忆阻单元的电导定义为神经元的突触权重，正向扫描电场则可用于激发该有机高分子忆阻单元进行“强迫遗忘”。
(2-3)正负向电压连续循环扫描
对该有机高分子忆阻结构单元施加电场，在负向电压连续循环扫描之后进行正向电压连续循环扫描，并且整个扫描过程采用相同的电压扫描速度和步长。该有机高分子忆阻单元的电压-时间特性曲线与电流-时间特性曲线类似图5a所示，从中可以看出，该有机高分子忆阻单元在同向电压连续循环扫描模式下的电压-时间特性曲线呈现等腰三角形形状，且其高度保持恒定。相对应地，该有机高分子忆阻单元在同向电压连续扫描模式下的电流-时间特性曲线呈现近等腰三角形形状，但其高度在负向电压扫描时随扫描次数增加而增加，在正向电压扫描时随扫描次数增加而降低。这与利用负向和正向等幅连续循环扫描电场分别激发该有机高分子仿生忆阻单元进行“学习和遗忘”的功能一致。
电流绝对值-扫描次数特性曲线类似图5b所示，所述电流绝对值是指每次电压循环扫描时在电压峰值处读出的电流绝对值，从中可以看出，随着负向扫描次数的增加，流过该有机高分子忆阻单元的电流越来越大；随着正向扫描次数的增加，流过该有机高分子忆阻单元的电流越来越小。这与利用负向和正向等幅连续循环扫描电场分别激发该有机高分子忆阻单元进行“学习和遗忘”的功能一致。并且，负向扫描结束时流过该有机高分子忆阻单元的电流与正向扫描开始时流过该有机高分子忆阻单元的电流之间呈现一定的差异，这与生物神经元学习过程中的“短时遗忘”特性相符合。
(2-4)负向电压连续循环扫描激励、撤去刺激、再刺激
(3)采用负向电压扫描对该有机高分子忆阻单元依次进行刺激、撤去刺激、再刺激，该有机高分子忆阻单元的电流—扫描次数特性曲线和电流-时间特性曲线呈现“学习、遗忘、回忆”特性，类似图6所示：
(3-1)学习过程
采用负向电压连续扫描对该有机高分子忆阻单元进行刺激，该有机高分子忆阻单元的电导，即神经元的突触权重随施加电压扫描刺激的次数逐渐增加，类似图6a所示，呈现“学习、记忆”功能；
(3-2)遗忘过程
撤去负向电压扫描刺激，该有机高分子忆阻单元的电导，即神经元的突触权重随时间的增加而逐渐降低并趋于饱和，但其饱和值仍高于施加该负向扫描电压刺激前该忆阻单元的电导或神经元突出权重，类似图6b所示，从而呈现短时记忆塑性的特征；
(3-3)回忆过程
再次施加少数负向电压扫描刺激该有机高分子忆阻单元，即可使该有机高分子忆阻单元恢复(1)中学习过程结束时的电导或神经元突触权重，类似图6c所示，呈现出基于过往记忆的“快速回忆”功能；
上述(1)、(2)与(3)过程与生物***的“学习、记忆”、“短时遗忘”以及基于过往记忆的“快速回忆”功能相一致。
(二)连续电压脉冲刺激
连续电压脉冲模式包括负向电压连续脉冲和正向电压连续脉冲操作，具体如下。
(1)负向电压连续脉冲刺激
对该有机高分子忆阻结构单元施加电场，在负向电压连续脉冲模式下，采用不同脉冲幅值和不同脉冲宽度时，该有机高分子忆阻结构单元中的电流-脉冲次数特性柱状图类似图7a所示，从中可以看出，在负向电压连续脉冲模式下，流过该有机高分子忆阻单元的电流随脉冲次数的增加而增大，表明利用负向脉冲电场可以激发该有机高分子忆阻单元进行“学习、记忆”；并且，其电流增加的幅度随脉冲幅值、宽度的增加而增大。
(2)正向电压连续脉冲刺激
在施加连续负向脉冲刺激以后对该有机高分子忆阻结构单元施加电场，在正向电压连续脉冲模式下，采用不同脉冲幅值和不同脉冲宽度时，该有机高分子忆阻结构单元中的电流-脉冲次数特性柱状图类似图7b所示，从中可以看出，在正向电压连续脉冲模式下，流过该有机高分子忆阻单元的电流随脉冲次数的增加而减小，表明利用正向脉冲电场可以激发该有机高分子忆阻单元进行“强迫遗忘”；并且，其电流增加的幅度随脉冲幅值、宽度的增加而增大。
(3)负、正向电压连续脉冲刺激
对该有机高分子忆阻结构单元施加电场，在负向电压连续脉冲模式之后进行正向电压连续脉冲模式，并且整个过程中采用相同的脉冲幅值和相同的脉冲宽度。在1V电压下读取的该有机高分子忆阻单元的电流绝对值-脉冲次数特性曲线类似图7c所示，从中可以看出，在负向电压连续脉冲模式下，流过该有机高分子忆阻单元的电流随脉冲次数的增加而增大；在正向电压连续脉冲模式下，流过该有机高分子忆阻单元的电流随脉冲次数的增加而减小。这与利用负向电压连续脉冲模式和正向电压连续脉冲模式分别激发该有机高分子忆阻单元进行“学习和遗忘”的功能一致。并且，施加负向电压连续脉冲结束时流过该有机高分子忆阻单元的电流与施加正向电压连续脉冲开始时流过该有机高分子忆阻单元的电流之间呈现一定的差异，这与生物神经元学习过程中的“短时遗忘”特性相符合。
(4)负向电压连续脉冲激励、撤去刺激、再刺激
采用电压脉冲对该有机高分子忆阻单元依次进行刺激、撤去刺激、再刺激，该有机高分子忆阻单元的电流--脉冲次数特性曲线和电流-时间特性曲线呈现“学习、遗忘、回忆”特性：
(4-1)学习过程
采用负向电压连续脉冲对该有机高分子忆阻单元进行刺激，该有机高分子忆阻单元的电导，即神经元的突触权重随施加电压脉冲刺激的次数逐渐增加，类似图8a所示，呈现“学习、记忆”功能；
(4-2)遗忘过程
撤去负向电压脉冲刺激，该有机高分子忆阻单元的电导，即神经元的突触权重随时间的增加而逐渐降低并趋于饱和，但其饱和值仍高于施加该负向脉冲电压刺激前该忆阻单元的电导或神经元突出权重，类似图8b所示，从而呈现短时记忆塑性的特征；
(4-3)回忆过程
再次施加少数负向电压脉冲刺激该有机高分子忆阻单元，即可使该有机高分子忆阻单元恢复(1)中学习过程结束时的电导或神经元突触权重，类似图8c所示，呈现出基于过往记忆的“快速回忆”功能；
上述(1)、(2)与(3)过程与生物***的“学习、记忆”、“短时遗忘”以及基于过往记忆的“快速回忆”功能相一致。
针对上述(1)学习过程，采用负向电压连续脉冲对该有机高分子忆阻单元进行刺激，随着电压连续脉冲激励次数的增加，类似图9所示，该有机高分子忆阻单元在(2)遗忘过程中的衰减幅度相应降低并逐渐趋于稳定，即，神经元突触权重的饱和遗忘剩值也随着脉冲激励次数的增加而提高，证明连续脉冲激励可诱导该有机高分子忆阻单元由短时记忆塑性向长时记忆塑性转变。
实施例5：
本实施例中，有机高分子忆阻单元的结构与实施例3和4基本相同，忆阻层3为单层结构，所不同的是：该单层忆阻层3是由含有4,4'-联吡啶六氟磷酸盐的芴基单体与三苯胺基单体共聚形成的。
底电极层2的材料物Pt。顶电极4的材料为Ta。
类似实施例3中所述，对该有机高分子忆阻结构单元施加电场刺激。
(一)电压扫描
对该有机高分子忆阻结构单元施加电压扫描，扫描模式分为电压单次循环扫描、电压等幅连续扫描。
在电压单次循环扫描模式下，该有机高分子忆阻结构单元中的电压‐电流特性曲线类似图2所示，即，在负向电压单次循环扫描过程中，电压‐电流曲线在第三象限呈现逆时针方向的滞回特性；在正向电压单次扫描过程中，电压‐电流曲线在第一象限呈现顺时针方向的滞回特性。在电压等幅连续循环扫描模式下，该有机高分子忆阻结构单元中的电压‐电流特性曲线类似图4所示，在第三象限的电压-电流滞回特性曲线逐渐远离电压轴向下偏移，说明该有机高分子忆阻单元的电压-电流特性具有类似生物神经元的“记忆”功能；在第一象限的电压-电流滞回特性曲线逐渐靠近电压轴向下偏移，说明该有机高分子忆阻单元的电压-电流特性具有类似生物神经元的“遗忘”功能。并且，类似图5b所示，负向扫描结束时流过该有机高分子忆阻单元的电流与正向扫描开始时流过该有机高分子忆阻单元的电流之间呈现一定的差异，这与生物神经元学习过程中的“短时遗忘”特性相符合。
因此，可以采用负向电压扫描对该有机高分子忆阻单元依次进行刺激、撤去刺激、再刺激，使该有机高分子忆阻单元的电流—扫描次数特性曲线和电流-时间特性曲线呈现“学习、遗忘、回忆”特性，类似图6所示：
(二)连续电压脉冲刺激
对该有机高分子忆阻结构单元施加连续电压脉冲模式，包括负向电压连续脉冲和正向电压连续脉冲操作。
在负向电压连续脉冲刺激时，类似图7a所示，流过该有机高分子忆阻单元的电流随脉冲次数的增加而增大，表明利用负向脉冲电场可以激发该有机高分子忆阻单元进行“学习、记忆”；并且，其电流增加的幅度随脉冲幅值、宽度的增加而增大。
在正向电压连续脉冲刺激时，类似图7b所示，流过该有机高分子忆阻单元的电流随脉冲次数的增加而减小，表明利用正向脉冲电场可以激发该有机高分子忆阻单元进行“强迫遗忘”；并且，其电流增加的幅度随脉冲幅值、宽度的增加而增大。并且，类似图7c所示，施加负向电压连续脉冲结束时流过该有机高分子忆阻单元的电流与施加正向电压连续脉冲开始时流过该有机高分子忆阻单元的电流之间呈现一定的差异，这与生物神经元学习过程中的“短时遗忘”特性相符合。
因此，可以采用电压脉冲对该有机高分子忆阻单元依次进行刺激、撤去刺激、再刺激，使该有机高分子忆阻单元的电流--脉冲次数特性曲线和电流-时间特性曲线呈现“学习、遗忘、回忆”特性。
实施例6：
本实施例中，有机高分子忆阻单元的结构与实施例1和2基本相同，所不同的是：有机高分子电解质层是高氯酸锂(LiClO4)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、碳酸乙烯酯(EC)和碳酸丙烯酯(PC)的混合物；有机高分子阻变层5是聚(3,4-乙烯二氧基噻吩)(PEDOT)。
类似实施例1中所述，对该有机高分子忆阻结构单元施加电场刺激，具体如下：
(一)电压扫描
对该有机高分子忆阻结构单元施加电压扫描，扫描模式分为电压单次循环扫描、电压等幅连续扫描。
在电压单次循环扫描模式下，该有机高分子忆阻结构单元中的电压‐电流特性曲线类似图2所示，即在负向电压单次循环扫描过程中，电压‐电流曲线在第三象限呈现逆时针方向的滞回特性，在该过程中，有机高分子电解质层中的锂离子(Li+)被还原至金属态(Li0)，而高氯酸根阴离子则迁移至聚(3,4‐乙烯二氧基噻吩)有机高分子阻变层，平衡硫极化子(S·+)所带有的正电荷，从而保持整个装置的电中性和稳定性；在正向电压单次循环扫描过程中，电压‐电流曲线在第一象限呈现顺时针方向的滞回特性，在该过程中，有机高分子电解质层中的锂原子(Li0)被氧化至锂离子(Li+)，而高氯酸根阴离子从聚(3,4‐乙烯二氧基噻吩)有机高分子电阻变化层迁移回有机高分子电解质层，平衡锂离子(Li+)所带有的正电荷，从而保持整个装置的电中性和稳定性。在电压等幅连续循环扫描模式下，该有机高分子忆阻结构单元中的电压‐电流特性曲线如图4所示，在第三象限的电压-电流滞回特性曲线逐渐远离电压轴向下偏移，说明该有机高分子忆阻单元的电压-电流特性具有具有类似生物神经元的“记忆”功能；在第一象限的电压-电流滞回特性曲线逐渐靠近电压轴向下偏移，说明该有机高分子忆阻单元的电压-电流特性具有具有生物神经元的“遗忘”功能；并且，类似图5b所示，负向扫描结束时流过该有机高分子忆阻单元的电流与正向扫描开始时流过该有机高分子忆阻单元的电流之间呈现一定的差异，这与生物神经元学习过程中的“短时遗忘”特性相符合。
因此，可以采用负向电压连续扫描对该有机高分子忆阻单元进行刺激，使该有机高分子忆阻单元的电导随施加电压扫描刺激的次数逐渐增加，类似图6a所示，呈现“学习、记忆”功能；
(二)连续电压脉冲刺激
对该有机高分子忆阻结构单元施加连续电压脉冲模式，包括负向电压连续脉冲和正向电压连续脉冲操作。
在负向电压连续脉冲刺激时，类似图7a所示，流过该有机高分子忆阻单元的电流随脉冲次数的增加而增大，表明利用负向脉冲电场可以激发该有机高分子忆阻单元进行“学习、记忆”；并且，其电流增加的幅度随脉冲幅值、宽度的增加而增大。
在正向电压连续脉冲刺激时，类似图7b所示，流过该有机高分子忆阻单元的电流随脉冲次数的增加而减小，表明利用正向脉冲电场可以激发该有机高分子忆阻单元进行“强迫遗忘”；并且，其电流增加的幅度随脉冲幅值、宽度的增加而增大。并且，类似图7c所示，施加负向电压连续脉冲结束时流过该有机高分子忆阻单元的电流与施加正向电压连续脉冲开始时流过该有机高分子忆阻单元的电流之间呈现一定的差异，这与生物神经元学习过程中的“短时遗忘”特性相符合。
因此，可以采用电压脉冲对该有机高分子忆阻单元依次进行刺激、撤去刺激、再刺激，使该有机高分子忆阻单元的电流--脉冲次数特性曲线和电流-时间特性曲线呈现“学习、遗忘、回忆”特性。
实施例7：
本实施例中，有机高分子忆阻单元的结构与实施例1和2基本相同，所不同的是：有机电解质层是由含有4,4'-联吡啶六氟磷酸盐的芴基单体聚合而成的聚合材料构成；有机高分子阻变层5是聚二茂铁(PFOC)。
类似实施例1中所述，对该有机高分子忆阻结构单元施加电场刺激，具体如下：
(一)电压扫描
对该有机高分子忆阻结构单元施加电压扫描，扫描模式分为电压单次循环扫描、电压等幅连续扫描。
在电压单次循环扫描模式下，该有机高分子忆阻结构单元中的电压‐电流特性曲线类似图2所示，即在负向电压单次循环扫描过程中，电压‐电流曲线在第三象限呈现逆时针方向的滞回特性；在正向电压单次循环扫描过程中，电压‐电流曲线在第一象限呈现顺时针方向的滞回特性。在电压等幅连续循环扫描模式下，该有机高分子忆阻结构单元中的电压‐电流特性曲线如图4所示，在第三象限的电压-电流滞回特性曲线逐渐远离电压轴向下偏移，说明该有机高分子忆阻单元的电压-电流特性具有具有类似生物神经元的“记忆”功能；在第一象限的电压-电流滞回特性曲线逐渐靠近电压轴向下偏移，说明该有机高分子忆阻单元的电压-电流特性具有具有生物神经元的“遗忘”功能；并且，类似图5b所示，负向扫描结束时流过该有机高分子忆阻单元的电流与正向扫描开始时流过该有机高分子忆阻单元的电流之间呈现一定的差异，这与生物神经元学习过程中的“短时遗忘”特性相符合。
因此，可以采用负向电压连续扫描对该有机高分子忆阻单元进行刺激，使该有机高分子忆阻单元的电导随施加电压扫描刺激的次数逐渐增加，类似图6a所示，呈现“学习、记忆”功能；
(二)连续电压脉冲刺激
对该有机高分子忆阻结构单元施加连续电压脉冲模式，包括负向电压连续脉冲和正向电压连续脉冲操作。
在负向电压连续脉冲刺激时，类似图7a所示，流过该有机高分子忆阻单元的电流随脉冲次数的增加而增大，表明利用负向脉冲电场可以激发该有机高分子忆阻单元进行“学习、记忆”；并且，其电流增加的幅度随脉冲幅值、宽度的增加而增大。
在正向电压连续脉冲刺激时，类似图7b所示，流过该有机高分子忆阻单元的电流随脉冲次数的增加而减小，表明利用正向脉冲电场可以激发该有机高分子忆阻单元进行“强迫遗忘”；并且，其电流增加的幅度随脉冲幅值、宽度的增加而增大。并且，类似图7c所示，施加负向电压连续脉冲结束时流过该有机高分子忆阻单元的电流与施加正向电压连续脉冲开始时流过该有机高分子忆阻单元的电流之间呈现一定的差异，这与生物神经元学习过程中的“短时遗忘”特性相符合。
因此，可以采用电压脉冲对该有机高分子忆阻单元依次进行刺激、撤去刺激、再刺激，使该有机高分子忆阻单元的电流--脉冲次数特性曲线和电流-时间特性曲线呈现“学习、遗忘、回忆”特性。
实施例8：
本实施例中，有机高分子忆阻单元的结构与实施例3和4基本相同，忆阻层3为单层结构所不同的是：该单层忆阻层3是离子液体和有机高分子阻变材料混合形成，离子液体是六氟磷酸锂(LiPF6)、有机高分子阻变材料是聚钴酞菁(PCoPc)。
实施例9：
本实施例中，有机高分子忆阻单元的结构与实施例3和4基本相同，忆阻层3为单层结构所不同的是：该单层忆阻层3是由聚电解质和有机高分子阻变材料混合形成，聚电解质是由含有4,4'-联吡啶六氟磷酸盐的芴基单体聚合形成的聚合材料，有机高分子阻变材料是聚联吡啶铕(PTerp-Eu)。
实施例10：
本实施例中，有机高分子忆阻单元的结构与实施例3和4基本相同，忆阻层3为单层结构所不同的是：该单层忆阻层3是由含有4,4'-联吡啶六氟磷酸盐的芴基单体与3,4-丙烯二氧基噻吩(PRoDOT)单体共聚形成的。
实施例11：
本实施例中，有机高分子忆阻单元的结构与实施例3和4基本相同，忆阻层3为单层结构所不同的是：该单层忆阻层3是由离子液体和有机高分子阻变材料混合形成，离子液体是CF3(CF2)7SO3Li，有机高分子阻变材料是聚氮杂卓。
实施例12：
本实施例中，有机高分子忆阻单元的结构与实施例3和4基本相同，忆阻层3为单层结构所不同的是：该单层忆阻层3是由聚电解质和有机高分子阻变材料混合形成，聚电解质是由含有4,4'-联吡啶六氟磷酸盐的芴基单体聚合形成的聚合材料，有机高分子阻变材料是聚(对亚苯基亚乙烯)(PPV)。
实施例13：
本实施例中，有机高分子忆阻单元的结构与实施例3和4基本相同，忆阻层3为单层结构所不同的是：该单层忆阻层3是由含有4,4'-联吡啶六氟磷酸盐的芴基单体与锰卟啉(MnPorp)单体共聚形成的。
实施例14：
本实施例中，有机高分子忆阻单元的结构与实施例3和4基本相同，忆阻层3为单层结构所不同的是：该单层忆阻层3是由离子液体和有机高分子阻变材料混合形成，离子液体是CF3CF2(CF3)2COLi，有机高分子阻变材料是聚乙烯咔唑(PNVC)。
实施例15：
本实施例中，有机高分子忆阻单元的结构与实施例3和4基本相同，忆阻层3为单层结构所不同的是：该单层忆阻层3是由聚电解质和有机高分子阻变材料混合形成，聚电解质是由含有4,4'-联吡啶六氟磷酸盐的芴基单体聚合形成的聚合材料，有机高分子阻变材料是聚(对亚苯硫)。
实施例16：
本实施例中，有机高分子忆阻单元的结构与实施例3和4基本相同，忆阻层3为单层结构所不同的是：该单层忆阻层3是由含有4,4'-联吡啶六氟磷酸盐的芴基单体与呋喃单体共聚形成的。
类似实施例3中所述，对上述实施例8‐16所述的有机高分子忆阻结构单元分别施加电压扫描刺激，所述有机高分子忆阻结构单元的电压‐电流特性与实施例3中所述相同，因此可以采用电压扫描对该有机高分子忆阻单元依次进行刺激、撤去刺激、再刺激，使该有机高分子忆阻单元的电流—扫描次数特性曲线和电流-时间特性曲线呈现“学习、遗忘、回忆”特性。
类似实施例3中所述，对上述实施例8‐16所述的有机高分子忆阻结构单元施加连续电压脉冲刺激，流过所述有机高分子忆阻单元的电流随脉冲次数的增加的变化特性与实施例3中所述相同，因此可以采用电压脉冲对该有机高分子忆阻单元依次进行刺激、撤去刺激、再刺激，使该有机高分子忆阻单元的电流--脉冲次数特性曲线和电流-时间特性曲线呈现“学习、遗忘、回忆”特性。
实施例17：
本实施例中，有机高分子忆阻单元的结构与实施例1和2基本相同，所不同的是：有机电解质层6是CF3CO2Li、聚丙烯腈(PAN)、碳酸乙烯酯(EC)和碳酸丙烯酯(PC)的混合物，有机高分子阻变层5是聚甘菊环。
实施例18：
本实施例中，有机高分子忆阻单元的结构与实施例1和2基本相同，所不同的是：有机电解质层6是由含有4,4'-联吡啶高氯酸盐的芴基单体聚合而成的聚合材料构成，有机高分子阻变层5是聚吲哚。
实施例19：
本实施例中，有机高分子忆阻单元的结构与实施例1和2基本相同，所不同的是：有机电解质层是四氟硼酸锂(LiBF4)、聚氯乙烯(PVC)、碳酸乙烯酯(EC)和碳酸丙烯酯(PC)的混合物，有机高分子阻变层5是聚(2,4-乙烯二氧基噻吩双十二烷基苯)。
实施例20：
本实施例中，有机高分子忆阻单元的结构与实施例1和2基本相同，所不同的是：有机电解质层是由含有4,4'-联吡啶高氯酸盐的芴基单体聚合而成的聚合材料构成，有机高分子阻变层5是聚(3,4-乙烯二氧基噻吩):聚(磺酸苯乙烯酯)(PEDOT:PSS)。
类似实施例1中所述，对上述实施例17‐20所述的有机高分子忆阻结构单元分别施加电压扫描刺激，所述有机高分子忆阻结构单元的电压‐电流特性与实施例1中所述相同，因此可以采用电压扫描对该有机高分子忆阻单元依次进行刺激、撤去刺激、再刺激，使该有机高分子忆阻单元的电流—扫描次数特性曲线和电流-时间特性曲线呈现“学习、遗忘、回忆”特性。
类似实施例1中所述，对上述实施例17‐20所述的有机高分子忆阻结构单元施加连续电压脉冲刺激，流过所述有机高分子忆阻单元的电流随脉冲次数的增加的变化特性与实施例1中所述相同，因此可以采用电压脉冲对该有机高分子忆阻单元依次进行刺激、撤去刺激、再刺激，使该有机高分子忆阻单元的电流--脉冲次数特性曲线和电流-时间特性曲线呈现“学习、遗忘、回忆”特性。
以上所述的示范实施例对本发明的技术方案进行了详细的示出和说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体示范实施例，并不用于限制本发明。本领域普通技术人员将显而易见的是，示范实施例的范围不是由对示范实施例的详细描述来限定，而是由权利要求来限定。凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种有机高分子忆阻结构单元，包括绝缘衬底、形成在绝缘衬底上的底电极层、形成在底电极上的忆阻层，以及形成在忆阻层上的顶电极层，其特征是：所述的忆阻层由有机高分子电解质材料和有机高分子阻变材料组成；
对所述的有机高分子忆阻结构单元施加电压刺激，忆阻层内的有机高分子阻变材料发生氧化反应或者还原反应，产生阳离子或阴离子，相对应地，有机高分子电解质材料发生还原反应或者氧化反应，产生阴离子或阳离子，经离子迁移后忆阻层保持电中性，离子迁移产生如下效应：
(一)在电压等幅连续扫描刺激下，包括负向电压连续循环扫描刺激或者正向电压连续循环扫描刺激，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值随扫描次数的增加而增加；并且，撤去该电压扫描刺激后，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值减小，其减小幅度随时间的增加而逐渐降低并趋于稳定，电流的稳定值高于施加该电压刺激前该忆阻单元的电流绝对值，当再次施加该电压刺激时，随着扫描次数的增加，该有机高分子忆阻单元的电流绝对值逐渐恢复至前次施加电压刺激结束时的电流绝对值；
或者，
(二)在连续脉冲电压刺激下，包括负向电压连续脉冲或者正向电压连续脉冲，所述连续脉冲具有相同的脉冲幅值和脉冲宽度，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值随脉冲次数的增加而增加；并且，撤去该电压刺激后，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值减小，其减小幅度随时间的增加而逐渐降低并趋于稳定，电流的稳定值高于施加该电压刺激前该忆阻单元的电流绝对值，当再次施加该电压刺激时，随着脉冲次数的增加，该有机高分子忆阻单元的电流绝对值逐渐恢复至前次施加电压刺激结束时的电流绝对值。
2.如权利要求1所述的有机高分子忆阻结构单元，其特征是：在电压等幅连续扫描刺激下，当施加与所述电压刺激方向相反的电压等幅连续扫描刺激时，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值随扫描次数的增加而减小。
3.如权利要求1所述的有机高分子忆阻结构单元，其特征是：在连续脉冲电压扫描刺激下，当施加与所述电压刺激方向相反的连续脉冲刺激时，该有机高分子忆阻结构单元的电流绝对值随脉冲次数的增加而减小。
4.如权利要求1所述的有机高分子忆阻结构单元，其特征是：在电压等幅连续扫描刺激下，当撤去该电压刺激后，所述电流的稳定值随着电压扫描次数的增加而增加。
5.如权利要求1所述的有机高分子忆阻结构单元，其特征是：在连续脉冲电压扫描刺激下，当撤去该电压刺激后，所述电流的稳定值随电压的脉冲次数的增加而增加。
6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的有机高分子忆阻结构单元，其特征是：所述的忆阻层是双层结构，有机高分子电解质材料位于底电极表面，有机高分子阻变材料位于有机高分子电解质材料表面。
7.如权利要求6所述的有机高分子忆阻结构单元，其特征是：所述的有机高分子电解质材料中包括离子液体和有机高分子绝缘体，所述离子液体由阳离子和阴离子组成；或者，所述的有机高分子电解质材料是由包含阳离子与阴离子的单体聚合而成的高分子材料。
8.如权利要求1至5中任一权利要求所述的有机高分子忆阻结构单元，其特征是：所述的忆阻层是电解质材料与有机高分子阻变材料混合而形成的单层结构；所述的单层结构是离子液体和有机高分子阻变材料混合形成的，所述离子液体是由阳离子和阴离子组成的盐类；或者，所述的单层结构是包含阳离子和阴离子的芴基单体与有机高分子阻变材料对应的具有氧化还原活性的单体共聚形成的。
9.如权利要求7所述的有机高分子忆阻结构单元，其特征是：所述的阳离子包括锂离子、铵离子、咪唑鎓、噁唑鎓、哌啶鎓、吡嗪鎓、吡唑鎓、哒嗪鎓、吡啶鎓、嘧啶鎓、吡咯烷鎓、吡咯啉鎓、吡咯鎓、噻唑鎓、***鎓和4,4’-联吡啶中的一种或两种以上的混合；所述的阴离子包括F-、Cl-、Br-、I-、NO3 -、N(CN)2 -、BF4 -、ClO4 -、R为C1-C9的烷基或苯基的RSO3 -、R为C1-C9的烷基或苯基的RCOO-、PF6 -、(CF3)2PF4 -、(CF3)3PF3 -、(CF3)4PF2 -、(CF3)5PF-、(CF3)6PF-、(CF3SO3 -)2、(CF3CF2SO3 -)2、(CF3SO3 -)2N-、CF3CF2(CF3)2CO-、(CF3SO2)2CH-、(SF5)3C-、(CF3SO3 -)3C-、CF3(CF2 -)7SO3 -、CF3CO2 -和CH3CO2 -中的一种或两种以上的混合。
10.如权利要求8所述的有机高分子忆阻结构单元，其特征是：所述的阳离子包括锂离子、铵离子、咪唑鎓、噁唑鎓、哌啶鎓、吡嗪鎓、吡唑鎓、哒嗪鎓、吡啶鎓、嘧啶鎓、吡咯烷鎓、吡咯啉鎓、吡咯鎓、噻唑鎓、***鎓和4,4’-联吡啶中的一种或两种以上的混合；所述的阴离子包括F-、Cl-、Br-、I-、NO3 -、N(CN)2 -、BF4 -、ClO4 -、R为C1-C9的烷基或苯基的RSO3 -、R为C1-C9的烷基或苯基的RCOO-、PF6 -、(CF3)2PF4 -、(CF3)3PF3 -、(CF3)4PF2 -、(CF3)5PF-、(CF3)6PF-、(CF3SO3 -)2、(CF3CF2SO3 -)2、(CF3SO3 -)2N-、CF3CF2(CF3)2CO-、(CF3SO2)2CH-、(SF5)3C-、(CF3SO3 -)3C-、CF3(CF2 -)7SO3 -、CF3CO2 -、和CH3CO2 -中的一种或两种以上的混合；所述的氧化还原活性单体包括吡咯、3,4-乙烯二氧基噻吩(EDOT)、3,4-丙烯二氧基噻吩(ProDOT)、2,4-乙烯二氧基噻吩双十二烷氧基苯、二氧吡咯、噻吩、芳胺、苯胺、三苯胺、乙炔、对亚苯硫、对亚苯基亚乙烯(PV)、吲哚、芘、咔唑、甘菊环、氮杂卓、芴、萘、呋喃、金属酞菁、金属卟啉、二茂铁、吡啶基金属错合物或4,4'-联吡啶盐以及它们的衍生物中的一种或两种以上的混合。
11.如权利要求1至5中任一权利要求所述的有机高分子忆阻结构单元，其特征是：所述的有机高分子阻变材料是聚吡咯、聚(3,4-乙烯二氧基噻吩)(PEDOT)、聚(3,4-丙烯二氧基噻吩)(PProDOT)、聚(2,4-乙烯二氧基噻吩双十二烷氧基苯)、聚二氧吡咯、聚(3,4-乙烯二氧基噻吩):聚(磺酸苯乙烯酯)(PEDOT:PSS)、聚噻吩、聚芳胺、聚苯胺、聚乙炔、聚(对亚苯硫)、聚(对亚苯基亚乙烯)(PPV)、聚吲哚、聚芘、聚咔唑、聚甘菊环、聚氮杂卓、聚芴、聚萘、聚呋喃、聚金属酞菁、聚金属卟啉、聚二茂铁、聚吡啶基金属错合物、聚(4,4'-联吡啶盐)，以及它们的衍生物中的一种或两种以上的混合。
12.如权利要求11所述的有机高分子忆阻结构单元，其特征是：所述的聚吡啶基金属错合物是三(4-[2-(4-吡啶基)乙烯基]-4'-甲基-2,2'-联吡啶锇(II)双(六氟磷酸))盐、三(4-[2-(4-吡啶基)乙烯基]-4'-甲基2,2'-联吡啶钴(II)双(六氟磷酸))盐、三(4-[2-(4-吡啶基)乙烯基]-4'-甲基2,2'-联吡啶钌(II)双(六氟磷酸))盐、双(2,2'-联吡啶)[4'-甲基-4-(2-(4-吡啶基)乙烯基)-2,2'-联吡啶]饿(II)[双(六氟磷酸)/二碘]盐、双(2,2'-联吡啶)[4'-甲基-4-(2-(4-吡啶基)乙烯基)-2,2'-联吡啶]钌(II)[双(六氟磷酸)/二碘]盐、双(2,2'-联吡啶)[4'-甲基-4-(2-(3-丙基三甲氧基硅烷)吡啶)乙烯基)-2,2'-联吡啶]锇(II)[三(六氟磷酸)/二碘]盐、双(2,2'-联吡啶)[4'-甲基-4-(2-(3-丙基三甲氧基硅烷)吡啶)乙烯基)-2,2'-联吡啶]钌(II)[三(六氟磷酸)/二碘]盐、聚联吡啶盐中的一种或数种单体聚合而成的聚合物。
13.如权利要求7所述的有机高分子忆阻结构单元，其特征是：所述的有机高分子绝缘体包括丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯腈、甲基苯乙烯、乙烯基酯、氯乙烯、1,1-二氯乙烯、1,1-二氟乙烯、丙烯酰胺、四氟乙烯、乙酸乙烯酯、甲基-乙烯基酮、乙烯、苯乙烯、对-甲氧基苯乙烯、对-氰基苯乙烯和丙烯酸酯和环氧乙烷中的一种或两种以上的单体聚合而成的聚合物。
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