SiO_x基憶阻突觸的制備與功能實(shí)現(xiàn)
發(fā)布時(shí)間：2020-12-15 00:20
現(xiàn)代社會(huì)科技發(fā)展非常迅猛,傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)越來(lái)越接近性能瓶頸,而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及人工智能越來(lái)越受到人們的重視。突觸是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分,而憶阻器具有類似于生物突觸的結(jié)構(gòu)和功能,是最適合制備仿生突觸的器件。本文采用磁控濺射和光刻工藝,制備出了基于SiOx/TiOx雙介質(zhì)薄膜和基于SrTiOx/SiOx雙介質(zhì)薄膜的憶阻器,系統(tǒng)、深入地研究了兩類憶阻器件的電阻開關(guān)性能,并討論了器件的導(dǎo)電機(jī)制和工作機(jī)理。此外,在獲得Pt-Ag/SiOx:Ag/TiOx/p++-Si和Pt-Ag/SrTiOx:Ag/SiOx/p++-Si性能優(yōu)良的“模擬電阻開關(guān)”的基礎(chǔ)上,還對(duì)這兩種新型器件的多項(xiàng)憶阻突觸功能進(jìn)行了深入研究。本文取得的主要研究成果如下:（1）Pt-Ag/SiOx/p++-Si憶阻器是一種非易失性電阻開關(guān),經(jīng)歷43次循環(huán)后開關(guān)比降為1,重復(fù)穩(wěn)定性...
【文章來(lái)源】： 袁余涵 電子科技大學(xué)
【文章頁(yè)數(shù)】：93 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)
電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2一系列復(fù)雜過(guò)程，這是因?yàn)樵谏锷窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理可以同時(shí)進(jìn)行，而且容錯(cuò)性很高，可以處理復(fù)雜場(chǎng)景[5-6]。圖1-2計(jì)算機(jī)的儲(chǔ)存墻問(wèn)題人們根據(jù)生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，嘗試使用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)去模擬神經(jīng)形態(tài)結(jié)構(gòu)。比如，IBM公司開發(fā)的BlueGene/P超級(jí)計(jì)算機(jī)擁有884736個(gè)CPU，2009年，人們使用這臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬一只貓的大腦，占用了144TB的內(nèi)存，實(shí)際速度僅為貓腦的1/100[7]。2016年3月，人工智能圍棋程序AlphaGo戰(zhàn)勝了圍棋頂尖選手李世石，但運(yùn)行AlphaGo的計(jì)算機(jī)，僅電費(fèi)就高達(dá)每小時(shí)8000美元。因此，使用新型電子元器件，在低頻、低功耗的條件下，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)形態(tài)結(jié)構(gòu)，使人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具備近似生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的性能，成為研究熱點(diǎn)之一。1971年，華裔科學(xué)家蔡紹棠發(fā)表了一篇文章“憶阻器：下落不明的電路元件”，這篇文章基于物理對(duì)稱性和邏輯完備性，預(yù)測(cè)了憶阻器的存在[8]。2008年，惠普實(shí)驗(yàn)室StanleyWilliams團(tuán)隊(duì)發(fā)表文章“尋獲下落不明的憶阻器”，基于TiO2薄膜首次獲得憶阻器實(shí)物[9]。憶阻器具有和生物突觸相似的特點(diǎn)，被認(rèn)為是最適合制備仿生突觸的電子器件，為高密度、低功耗人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提供了技術(shù)儲(chǔ)備。1.2憶阻器的定義、結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)1971年，蔡紹棠教授發(fā)現(xiàn)，電壓u、電流i、電荷q和磁通Φ這四個(gè)基本物理量之間的六種動(dòng)態(tài)比值，有五種可以和已知器件的特征值對(duì)應(yīng)，但是Φ和q之間的關(guān)系尚無(wú)法對(duì)應(yīng)[7]。于是，根據(jù)對(duì)稱性，蔡紹棠教授預(yù)言了除了電阻、電容和電感三個(gè)基本元器
第一章緒論3件之外的第四個(gè)基本元器件，命名為憶阻器（Memristor）[7]。憶阻器特征值M滿足：M=dΦ/dq（1-1）根據(jù)公式（1-1），容易得出，憶阻值M的單位為歐姆，與電阻單位一致，并且，憶阻值和流經(jīng)憶阻器的電荷量有關(guān)。如圖1-3所示，四個(gè)電路基本物理量，兩兩之間的動(dòng)態(tài)比值就全部對(duì)應(yīng)了。圖1-3四個(gè)電路基本物理量之間的動(dòng)態(tài)比值關(guān)系1976年，蔡紹棠教授將憶阻器的定義進(jìn)行了拓展，提出憶阻系統(tǒng)需要滿足的兩個(gè)公式：x=f(x,u(t),t)（1-2）y=g(x,u(t),t)（1-3）其中，x表示狀態(tài)變量，u表示輸入信號(hào)，y表示輸出信號(hào)，t為時(shí)間，f是連續(xù)的n維向量函數(shù)，g為廣義響應(yīng)[10]。能夠滿足這兩個(gè)公式的系統(tǒng)均屬于憶阻系統(tǒng)，可以廣義地稱為憶阻器。如圖1-4所示，“三明治”結(jié)構(gòu)是典型的憶阻器件結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)頂層為上電極，底層為下電極，中間層是憶阻薄膜[11]。圖1-4“三明治”憶阻器結(jié)構(gòu)
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]納米晶粒Ag-TCNQ絡(luò)合物薄膜的制備及電雙穩(wěn)特性[J]. 葉鋼鋒,嚴(yán)學(xué)儉,潘鋼,張群,章壯健,華中一. 真空科學(xué)與技術(shù). 2001(02)
博士論文
[1]WO_x基憶阻器件的構(gòu)筑及其神經(jīng)突觸仿生研究[D]. 林亞.東北師范大學(xué) 2018
[2]新型氧硫族化合物熱電材料性能計(jì)算及應(yīng)力應(yīng)變調(diào)控[D]. 鄒代峰.湘潭大學(xué) 2014
[3]SrTiO3光催化材料光吸收邊調(diào)控及其光催化產(chǎn)氫性能研究[D]. 于鶴.南京大學(xué) 2013
[4]鈣鈦礦型氧化物半導(dǎo)化摻雜與表面吸附光電特性的理論研究[D]. 贠江妮.西北大學(xué) 2010
碩士論文
[1]基于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的光讀取憶阻器研究[D]. 陳奕丞.電子科技大學(xué) 2019
[2]TSC陶瓷薄膜制備及其光電性能研究[D]. 次會(huì)聚.電子科技大學(xué) 2019
[3]硅基憶阻薄膜材料激光輻照及其效應(yīng)研究[D]. 宋宇浩.電子科技大學(xué) 2019
[4]TaOx基憶阻器的制備與研究[D]. 劉歡.電子科技大學(xué) 2019
[5]Metal/SiO_x憶阻薄膜材料制備及性能研究[D]. 茍?豪.電子科技大學(xué) 2018
[6]基于ZnO/ZnS憶阻器神經(jīng)突觸仿生器件研究[D]. 胡令祥.上海大學(xué) 2017
本文編號(hào)：2917281
【文章來(lái)源】： 袁余涵 電子科技大學(xué)
【文章頁(yè)數(shù)】：93 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)
電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2一系列復(fù)雜過(guò)程，這是因?yàn)樵谏锷窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理可以同時(shí)進(jìn)行，而且容錯(cuò)性很高，可以處理復(fù)雜場(chǎng)景[5-6]。圖1-2計(jì)算機(jī)的儲(chǔ)存墻問(wèn)題人們根據(jù)生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，嘗試使用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)去模擬神經(jīng)形態(tài)結(jié)構(gòu)。比如，IBM公司開發(fā)的BlueGene/P超級(jí)計(jì)算機(jī)擁有884736個(gè)CPU，2009年，人們使用這臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬一只貓的大腦，占用了144TB的內(nèi)存，實(shí)際速度僅為貓腦的1/100[7]。2016年3月，人工智能圍棋程序AlphaGo戰(zhàn)勝了圍棋頂尖選手李世石，但運(yùn)行AlphaGo的計(jì)算機(jī)，僅電費(fèi)就高達(dá)每小時(shí)8000美元。因此，使用新型電子元器件，在低頻、低功耗的條件下，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)形態(tài)結(jié)構(gòu)，使人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具備近似生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的性能，成為研究熱點(diǎn)之一。1971年，華裔科學(xué)家蔡紹棠發(fā)表了一篇文章“憶阻器：下落不明的電路元件”，這篇文章基于物理對(duì)稱性和邏輯完備性，預(yù)測(cè)了憶阻器的存在[8]。2008年，惠普實(shí)驗(yàn)室StanleyWilliams團(tuán)隊(duì)發(fā)表文章“尋獲下落不明的憶阻器”，基于TiO2薄膜首次獲得憶阻器實(shí)物[9]。憶阻器具有和生物突觸相似的特點(diǎn)，被認(rèn)為是最適合制備仿生突觸的電子器件，為高密度、低功耗人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提供了技術(shù)儲(chǔ)備。1.2憶阻器的定義、結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)1971年，蔡紹棠教授發(fā)現(xiàn)，電壓u、電流i、電荷q和磁通Φ這四個(gè)基本物理量之間的六種動(dòng)態(tài)比值，有五種可以和已知器件的特征值對(duì)應(yīng)，但是Φ和q之間的關(guān)系尚無(wú)法對(duì)應(yīng)[7]。于是，根據(jù)對(duì)稱性，蔡紹棠教授預(yù)言了除了電阻、電容和電感三個(gè)基本元器
第一章緒論3件之外的第四個(gè)基本元器件，命名為憶阻器（Memristor）[7]。憶阻器特征值M滿足：M=dΦ/dq（1-1）根據(jù)公式（1-1），容易得出，憶阻值M的單位為歐姆，與電阻單位一致，并且，憶阻值和流經(jīng)憶阻器的電荷量有關(guān)。如圖1-3所示，四個(gè)電路基本物理量，兩兩之間的動(dòng)態(tài)比值就全部對(duì)應(yīng)了。圖1-3四個(gè)電路基本物理量之間的動(dòng)態(tài)比值關(guān)系1976年，蔡紹棠教授將憶阻器的定義進(jìn)行了拓展，提出憶阻系統(tǒng)需要滿足的兩個(gè)公式：x=f(x,u(t),t)（1-2）y=g(x,u(t),t)（1-3）其中，x表示狀態(tài)變量，u表示輸入信號(hào)，y表示輸出信號(hào)，t為時(shí)間，f是連續(xù)的n維向量函數(shù)，g為廣義響應(yīng)[10]。能夠滿足這兩個(gè)公式的系統(tǒng)均屬于憶阻系統(tǒng)，可以廣義地稱為憶阻器。如圖1-4所示，“三明治”結(jié)構(gòu)是典型的憶阻器件結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)頂層為上電極，底層為下電極，中間層是憶阻薄膜[11]。圖1-4“三明治”憶阻器結(jié)構(gòu)
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]納米晶粒Ag-TCNQ絡(luò)合物薄膜的制備及電雙穩(wěn)特性[J]. 葉鋼鋒,嚴(yán)學(xué)儉,潘鋼,張群,章壯健,華中一. 真空科學(xué)與技術(shù). 2001(02)
博士論文
[1]WO_x基憶阻器件的構(gòu)筑及其神經(jīng)突觸仿生研究[D]. 林亞.東北師范大學(xué) 2018
[2]新型氧硫族化合物熱電材料性能計(jì)算及應(yīng)力應(yīng)變調(diào)控[D]. 鄒代峰.湘潭大學(xué) 2014
[3]SrTiO3光催化材料光吸收邊調(diào)控及其光催化產(chǎn)氫性能研究[D]. 于鶴.南京大學(xué) 2013
[4]鈣鈦礦型氧化物半導(dǎo)化摻雜與表面吸附光電特性的理論研究[D]. 贠江妮.西北大學(xué) 2010
碩士論文
[1]基于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的光讀取憶阻器研究[D]. 陳奕丞.電子科技大學(xué) 2019
[2]TSC陶瓷薄膜制備及其光電性能研究[D]. 次會(huì)聚.電子科技大學(xué) 2019
[3]硅基憶阻薄膜材料激光輻照及其效應(yīng)研究[D]. 宋宇浩.電子科技大學(xué) 2019
[4]TaOx基憶阻器的制備與研究[D]. 劉歡.電子科技大學(xué) 2019
[5]Metal/SiO_x憶阻薄膜材料制備及性能研究[D]. 茍?豪.電子科技大學(xué) 2018
[6]基于ZnO/ZnS憶阻器神經(jīng)突觸仿生器件研究[D]. 胡令祥.上海大學(xué) 2017
本文編號(hào)：2917281
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