本文關(guān)鍵詞：阻變器件的非易失性存儲與神經(jīng)形態(tài)應(yīng)用研究　出處：《電子科技大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：阻變器件作為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)在非易失性存儲、神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)等方面有著重要應(yīng)用。一方面,傳統(tǒng)浮柵存儲器存在工作電壓高、速度慢、耐擦寫次數(shù)低等不足,越來越難以滿足非易失性存儲器高性能要求以及日益增長的市場需求,研發(fā)性能優(yōu)良的新型非易失性存儲器顯得尤為緊迫。而阻變器件具有非易失性,且其結(jié)構(gòu)簡單、集成度高、速度快、功耗低、工作電壓低,有望作為下一代非易失性存儲器。另一方面,人類長期以來夢想著構(gòu)造一臺能像人腦一樣工作的計(jì)算系統(tǒng)。神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)是一種受人腦啟發(fā)產(chǎn)生的類腦計(jì)算系統(tǒng),而如何有效實(shí)現(xiàn)其基本信息存儲和處理單元——突觸和神經(jīng)元,也成了構(gòu)造大規(guī)模神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)首先需要解決的問題。阻變器件可實(shí)現(xiàn)類似于生物突觸和大腦的功能,有望作為信息存儲單元應(yīng)用到神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)中。本文在阻變器件的非易失性存儲和神經(jīng)形態(tài)應(yīng)用研究中重點(diǎn)開展了以下四個(gè)方面的工作。1、針對阻變器件的非易失性存儲應(yīng)用,制作了一種雙極型二氧化鉿阻變器件,并用電流掃描的方法在二氧化鉿阻變器件中實(shí)現(xiàn)了8個(gè)可明顯區(qū)分的電阻狀態(tài),用該方法得到的電阻狀態(tài)有良好的數(shù)據(jù)保持特性,表明單個(gè)二氧化鉿阻變器件單元就有望存儲多位數(shù)據(jù),這也是實(shí)現(xiàn)高密度存儲的一種簡單、有效、且成本低廉的方法。采用伽馬射線,對二氧化鉿阻變器件進(jìn)行了總劑量輻照效應(yīng)研究。器件在總劑量為20 Mrad(Si)的伽馬輻照過后仍可擦寫10000次以上,并且伽馬輻照引起的置位/復(fù)位電壓、高/低阻態(tài)的微小變化對器件正常工作幾乎沒有影響,表明該二氧化鉿阻變器件具有優(yōu)越的抗伽馬輻照特性,有潛力應(yīng)用于伽馬射線環(huán)境中。2、針對阻變器件的神經(jīng)形態(tài)應(yīng)用,制作了氧化鎳阻變器件,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了阻變器件可以模擬大腦行為級的學(xué)習(xí)記憶和遺忘功能,還可以模擬突觸可塑性�；谘趸囎枳兤骷M了大腦的學(xué)習(xí)記憶和遺忘功能;在具有電導(dǎo)衰減特性的氧化鎳阻變器件中模擬了大腦遺忘曲線;在氧化鎳阻變器件中模擬了突觸長時(shí)程增強(qiáng)特性和突觸雙脈沖易化特性,且觀察到阻變器件雙脈沖易化幅度隨著脈沖間隔時(shí)間增大而減小,并通過擬合從中分離出了快相和慢相。3、在阻變器件的研究基礎(chǔ)上,從電路系統(tǒng)層面呈現(xiàn)了阻變器件的神經(jīng)形態(tài)應(yīng)用。提出了一種基于CMOS和阻變器件的、可實(shí)現(xiàn)脈沖時(shí)序依賴可塑性的突觸電路,基于此突觸電路設(shè)計(jì)了一種包含3個(gè)神經(jīng)元和2個(gè)突觸的聯(lián)想學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò),結(jié)合氧化鎳阻變器件和外圍電路搭建了該網(wǎng)絡(luò),從實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了巴普洛夫狗實(shí)驗(yàn)中的聯(lián)想學(xué)習(xí)以及記憶的遺忘;設(shè)計(jì)并搭建了基于二氧化鉿阻變器件的、具有類似于大腦聯(lián)想記憶功能的可重構(gòu)Hopfield網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)了單目標(biāo)和多目標(biāo)聯(lián)想記憶,為用硬件實(shí)現(xiàn)可模擬大腦記憶的可重構(gòu)神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)提供了一種可能的方法。4、神經(jīng)元作為神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)的信息處理單元,其能否有效實(shí)現(xiàn)關(guān)乎神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)的規(guī)模大小。本文對具有類似于神經(jīng)元加權(quán)求和以及閾值功能的神經(jīng)元晶體管的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了探索。制作了基于銦鎵鋅氧化物溝道和二硫化鉬溝道的平面結(jié)構(gòu)的神經(jīng)元薄膜晶體管。并在單個(gè)神經(jīng)元薄膜晶體管中實(shí)現(xiàn)了類似于有兩顆算珠的算盤功能、邏輯或功能、邏輯與功能。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP333

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