【摘要】：隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的來臨,帶來了對高性能計(jì)算的迫切需求,然而,馮·諾依曼瓶頸(CPU與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸速率有限)的存在嚴(yán)重阻礙了計(jì)算機(jī)處理復(fù)雜實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(包括圖像、視頻或聲音等非結(jié)構(gòu)化感官數(shù)據(jù))能力的提高,在這樣的背景下,研究人員迫切想要構(gòu)建新型的計(jì)算機(jī)架構(gòu)。人腦不僅十分善于處理非結(jié)構(gòu)化的信息,而且具有高效、智能的存儲與計(jì)算相結(jié)合的并行架構(gòu),建造一臺能像人腦一樣的計(jì)算機(jī)(brian-inspired computer)是未來計(jì)算機(jī)發(fā)展的趨勢,也是人類長久以來的夢想。作為人腦神經(jīng)系統(tǒng)的基本構(gòu)成部分——神經(jīng)突觸,對它的模擬是建立大規(guī)模神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵。憶阻器獨(dú)特的電學(xué)傳輸特性與生物突觸極為類似,因此具有很大的潛力作為電子突觸器件應(yīng)用于神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)中,本文以鈣鈦礦型鐵電材料——鈦酸鋇(BaTiO_3)為基礎(chǔ),開展了一系列基于鐵電憶阻器件的研究工作,利用脈沖激光沉積技術(shù)進(jìn)行薄膜的生長,探索工藝參數(shù)(溫度和氧壓)對于BaTiO_3薄膜生長的影響,主要以晶格結(jié)構(gòu)、表面形貌、鐵電性等方面的測試結(jié)果作為薄膜質(zhì)量的判別依據(jù),并從中尋找薄膜生長的最佳窗口,并在此基礎(chǔ)上探索了利用鈣鈦礦鎳酸鹽——鎳酸釤(SmNiO_3)代替釕酸鍶(SrRuO_3)作為底電極之后器件的阻變特性,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)使用Sm Ni O_3為底電極時(shí),器件具有更好的阻變性能,包括大的開關(guān)比,優(yōu)異的抗疲勞特性和保持特性,以及多阻態(tài)特性。通過對結(jié)果的分析得知,器件中的阻變主要來自于鐵電極化調(diào)控作為P型半導(dǎo)體的SmNiO_3界面處載流子濃度的變化,從而引起B(yǎng)a Ti O_3/SmNiO_3界面p-n結(jié)勢壘的變化,因此阻變性能得到了改善。本文最后還成功地利用基于SmNiO_3作為底電極的鐵電憶阻器對生物突觸的部分性能進(jìn)行了模擬,包括非線性傳輸特性,權(quán)重飽和特性,以及大腦的高級學(xué)習(xí)法則——脈沖時(shí)間依賴可塑性(STDP),除此之外,還對器件的抗疲勞特性以及功耗進(jìn)行了測試,測試結(jié)果顯示器件具有良好的抗疲勞特性以及實(shí)現(xiàn)超低功耗的潛力。
【圖文】：

圖 1. 1 四個(gè)基本電學(xué)變量與元器件之間的關(guān)系[5]提出近 40 年來，人們一直沒有獲得相應(yīng)的實(shí)物實(shí)驗(yàn)室工作者提出了基于二氧化鈦交叉陣列的存儲單元就是蔡紹棠教授預(yù)言的憶阻器的實(shí)物

惠普實(shí)驗(yàn)室憶阻器的物理模型
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM221;TN60

【參考文獻(xiàn)】

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1 陳光紅,于映,羅仲梓,吳清鑫;AZ5214E反轉(zhuǎn)光刻膠的性能研究及其在剝離工藝中的應(yīng)用[J];功能材料;2005年03期

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本文編號：2711635