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USC吴蔚教授课题组AMT:利用亚导电丝的混合调节来提高忆阻器性能
2023/7/2 16:18:08 | 浏览:4855 | 评论:0

忆阻器由于其结构简单,非易失性,写入速度快以及低能耗受到了广泛关注。随着神经网络计算的快速发展,基于忆阻器构建的硬件神经网络计算系统正展现出巨大的潜力。随之而来,对于忆阻器性能的要求也正日益提升, 尤其是忆阻器的动态调节范围以及可编程态的数量。最近, 美国南加州大学吴蔚课题组通过往忆阻器中植入金属纳米球,实现了忆阻器的混合调节,并成功提升了其动态调节范围和可编程态的数量(图一)。

USC吴蔚教授课题组AMT:利用亚导电丝的混合调节来提高忆阻器性能

图1. 通过向忆阻器切换层植入纳米金属球来提升其动态调节范围和可编程态的数量。

在忆阻器由高阻态向低阻态的切换过程中,切换层中的离子由于受到电场以及热效应的驱动,一根由离子组成,直径在几纳米的细导电丝会在切换层中形成。在此原理上,通过往切换层中加入纳米金属球,由于该纳米金属球附近的电场更强,带电离子倾向于在金属球附近聚集形成导电丝。因此一根完整的导电丝可以被该金属球分成两段亚导电丝,这样整个忆阻器可以看成是由两个亚忆阻器串联形成的。在这两个亚忆阻器中,顶亚忆阻器负责阻态的细调,而底亚忆阻器负责粗调。通过两个亚忆阻器的混合调节,整体的动态调节范围和可编程态的数量就可以成功地被提高。

基于以上的原理,植入纳米铂金属球的Pt/Ta/Al 2 O 3 /Pt island/Al 2 O 3-x /TiOy/Al 2 O 3-x /Pt 忆阻器被制作出来。在该忆阻器的电学表征中,两种不同的电流电压曲线被观测到。一种是在相对较低的阻态范围内动态调节,另一种则是在相对较高的阻态范围内进行。低阻态调节范围是由于底亚忆阻器处于低阻态,而高阻态调节范围是由于底亚忆阻器处于高阻态。并且在这两个阻态调节范围中,忆阻器的阻值被证明是连续可调的。同没有加入纳米铂金属球的忆阻器相比,植入纳米铂金属球的忆阻器的可编程态从157提高到了1112,动态调节范围从600 Ω-10 kΩ提升到了600 Ω-50 kΩ。并且该忆阻器展现出了纳秒级的写入速度以及高稳定性。由于纳米铂金属球的加入并不仅限于某种特定的忆阻器,这一方法也可以被更多的忆阻器采用来提高其性能。

总而言之,这项工作展示了一种提升忆阻器性能的新方法,这将为发展基于忆阻器的不同应用提供新的思路。

WILEY

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