忆阻器是具有两端结构的第四种基本无源电子器件,因其独特的非线性电学性质,以及低功耗、转变速度快和集成度高等特点,在神经突触仿生领域备受关注。目前,虽然研究人员在忆阻器材料选择、性能提升、机理探索和突触功能模拟等方面取得了很大进展,但是仍然存在很多问题亟需解决,例如器件性能需进一步优化、降低器件功耗和提高灵敏性等方面。本文结合忆阻器突触仿生领域取得的进展和存在的问题,基于氧化物（ZnO）和硫化物（ZnS）复合材料,制备出了具有优异的循环稳定性、良好的时间保持性、超低的操作电压、低功耗和具有较强可塑性的忆阻型突触仿生器件,并研究了器件的忆阻机理。主要研究内容及结果如下:（1）通过对比ZnO和ZnS基忆阻器各自的优势和劣势,提出了将两者优势结合的实验思路。通过对ZnS薄膜低温热氧化处理,构筑了Cu/退火ZnS/Pt忆阻器件,与纯ZnO和纯ZnS基忆阻器件相比,忆阻性能得到大幅改善。其中,循环稳定性>1500次,时间保持特性>10⁶ s,操作电压低且高度集中在+0.2 V。在获得优异忆阻性能的基础上,成功模拟了生物突触的学习和记忆等功能,包括神经突触的非线性传输、长/短程可塑性（LTP/STP）、训练学习特性、学习-遗忘-再学习、放电时间依赖可塑性（STDP）、脉冲频率依赖可塑性（SRDP）和脉冲电压依赖可塑性（SVDP）等。（2）Cu/退火ZnS/Pt忆阻器件表现出超高的电灵敏性。文献报道的用于模拟突触的忆阻器件工作电压一般为几百毫伏至几千毫伏,而生物突触只需几十毫伏就可以实现复杂的功能。因此现有突触器件相比生物突触表现出了较差的电灵敏性。本文制备的Cu/退火ZnS/Pt器件在超低电压（6 mV左右）下即可实现高低电阻态的转变,并可以长时间保持这种变化。利用此忆阻器件在超低工作电压下成功实现了神经突触的短程可塑性和长程可塑性,从而获得了一种高灵敏的突触仿生器件,其灵敏性超过了生物突触。此外,通过简单的集成,构筑了5×5超灵敏突触器件阵列,在超低电压下实现了记忆和遗忘的动态过程。超低的工作电压不但有助于减小器件内部结构的破坏,降低器件工作参数的波动性,而且提供了一个降低器件的功耗的新途径（目前文献中普遍采用降低工作电流和减小脉冲宽度的手段）。（3）利用XRD、XPS、AFM、PPMS和TEM等检测手段探究了Cu/退火ZnS/Pt器件的忆阻机理,提出了该忆阻器件表现出优异电学性能和出现超低工作电压的机理—离子迁移速率差理论。在轻微氧化条件下,ZnS薄膜近表面的晶界处形成ZnO纳米晶粒,导致Cu²⁺在该体系内出现了迁移速率差,在ZnO纳米晶粒嵌入的表面层迁移速率慢,纯ZnS层迁移速率快,导致Cu细丝在生长过程中出现了一纳米间隙,Cu细丝的断裂和连接位置锁定在纳米间隙处,因此施加超低的电压就会产生较强的电场,使器件的阻态产生转变,并且保证了器件的循环稳定性。进一步我们通过CMOSOL软件模拟器件内部电场分布,从理论计算上验证了超低工作电压出现的原因。最后,我们通过构筑Cu/ZnO/ZnS/Pt器件,初步验证了离子迁移速率差原理的普适性。