在信息爆炸式增長(zhǎng)、超級(jí)計(jì)算能力日益重要的今天,依靠微縮晶體管提升計(jì)算性能的方式難以維持,馮諾依曼架構(gòu)的存算分離瓶頸使這一問題日益凸顯。憶阻器是一種新原理納米信息器件,憑借低功耗、高速度、高集成度、兼具計(jì)算存儲(chǔ)融合的優(yōu)勢(shì),成為“后摩爾”時(shí)代突破馮諾依曼計(jì)算架構(gòu)的關(guān)鍵器件。本文針對(duì)適合于二值邏輯計(jì)算的非晶硅基憶阻器件進(jìn)行了電學(xué)測(cè)試分析,結(jié)合憶阻器電化學(xué)導(dǎo)電機(jī)理,建立了可用于電路仿真的非晶硅基憶阻器緊湊模型。采用擇多-非-圖（MIGs）邏輯架構(gòu),設(shè)計(jì)了基于憶阻器的非易失基本邏輯運(yùn)算單元,該基本單元不僅可以實(shí)現(xiàn)完備的MIGs邏輯計(jì)算,還與憶阻器的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)crossbar兼容,實(shí)現(xiàn)了計(jì)算存儲(chǔ)融合。最后,設(shè)計(jì)了基本計(jì)算單元的級(jí)聯(lián)方法,采用本文設(shè)計(jì)的非晶硅憶阻器緊湊模型,仿真實(shí)現(xiàn)了crossbar陣列中一位全加器的運(yùn)算,且運(yùn)算步驟和參加運(yùn)算的憶阻器數(shù)目較少,在同類研究中處于先進(jìn)水平。本文的主要工作如下:第二章綜述了憶阻器的物理模型及基于憶阻器的MIGs計(jì)算方法。首先綜述了憶阻器的宏觀物理模型和隨機(jī)物理模型,其次對(duì)基于憶阻器的邏輯計(jì)算原理及MIGs計(jì)算方法進(jìn)行了介紹。第三章對(duì)非晶硅憶阻器進(jìn)行測(cè)量分析,... 

【文章來源】：國防科技大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

013年和2015年國際半導(dǎo)體技術(shù)路線對(duì)門長(zhǎng)度的預(yù)測(cè)

圖 1.2 馮諾依曼架構(gòu)示意圖[5]信息存儲(chǔ)與邏輯計(jì)算融合的新型計(jì)算架構(gòu)是一種解決“馮諾依。將存儲(chǔ)與計(jì)算從物理與過程兩方面進(jìn)行融合，不但減小了信中的傳遞距離、降低延遲，并且避免很多不必要的讀取寫入操算機(jī)性能。作為一種非易失的存儲(chǔ)介質(zhì)，憶阻器也具有實(shí)現(xiàn)邏件兩端電壓的變換或利用器件之間電阻耦合的特性，憶阻器能。因此低功耗、高速度、高集成度、兼具信息存儲(chǔ)與計(jì)算功顛覆性計(jì)算技術(shù)的一種可能。 憶阻器應(yīng)用于非易失計(jì)算的優(yōu)勢(shì)器（Memristor）概念于 1971 年由加州大學(xué)伯克利分校蔡少棠8 年由美國惠普（HP）實(shí)驗(yàn)室在 TiO2器件中首先實(shí)現(xiàn)[8]。憶荷流經(jīng)的方向和數(shù)量發(fā)生相應(yīng)變化；當(dāng)不再有電荷流經(jīng)時(shí)，阻非易失性。憶阻器的非易失電阻轉(zhuǎn)變特性既可滿足存儲(chǔ)器的大的開關(guān)窗口（＞10）實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算，能夠融合存儲(chǔ)與計(jì)算功

圖 1.3 幾種候選納米器件與現(xiàn)有晶體管 SRAM 性能比較[32]1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)研究現(xiàn)狀主要從憶阻器阻值轉(zhuǎn)變機(jī)制，應(yīng)用于邏輯運(yùn)算的憶阻器件，基于憶阻器的邏輯邏輯運(yùn)算方法和架構(gòu)進(jìn)行介紹。1.2.1 憶阻器阻值轉(zhuǎn)變機(jī)制2009 年，亞琛工業(yè)大學(xué)的 Waser 教授根據(jù)主導(dǎo)電阻轉(zhuǎn)變行為的物理化學(xué)機(jī)制，將電阻轉(zhuǎn)變機(jī)制分為納米機(jī)械機(jī)制、分子轉(zhuǎn)變機(jī)制、靜電電子機(jī)制、電化學(xué)金屬化機(jī)制、化學(xué)價(jià)變化機(jī)制、熱化學(xué)機(jī)制、相變存儲(chǔ)機(jī)制、磁電阻機(jī)制、鐵電隧穿機(jī)制等[33]。在憶阻器中使用的阻值轉(zhuǎn)變機(jī)理主要為：電化學(xué)金屬化(ElectrochemicalMetallization,，ECM)理論和化學(xué)價(jià)變化機(jī)制。其中電化學(xué)金屬化理論在 Waser 教授 2009 年的文章中對(duì)電化學(xué)金屬化理論器件的轉(zhuǎn)變機(jī)制進(jìn)行總結(jié)歸納，并提出ECM 模型[33]，該模型認(rèn)為 ECM 器件產(chǎn)生電阻轉(zhuǎn)變現(xiàn)象的原因是在電激勵(lì)下固態(tài)


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