铅基卤素钙钛矿阻变式存储器研究进展

随着数字通信在大数据以及物联网等领域的应用,推动了下一代存储设备的发展。阻变式存储器因其功耗低、尺寸可调、操作速度快等优点被认为是最有前景的信息存储器件之一。近年来,兼具成本低、带隙可调、载流子扩散长度长、离子迁移速率快、载流子迁移率高等优点的铅基卤素钙钛矿,在阻变式存储器领域引起了广泛关注。主要对铅基卤素钙钛矿阻变式存储器最新研究进展进行了概述,就铅基卤素钙钛矿阻变式存储器结构、阻变性能、阻变机理等方面进行了综述。最后,对铅基卤素钙钛矿阻变式存储器当前面临的挑战进行了讨论,并对其未来的发展前景进行了展望。

阻变式存储器存储机理

阻变式存储器(resistive random access memory,RRAM)是以材料的电阻在外加电场作用下可在高阻态和低阻态之间实现可逆转换为基础的一类前瞻性下一代非挥发存储器.它具有在32nm节点及以下取代现有主流Flash存储器的潜力,成为目前新型存储器的一个重要研究方向.但阻变式存储器的电阴转变机理不明确,制约它的进一步研发与应用.文章对阻变式存储器的体材料中几种基本电荷输运机制进行了归纳,总结了目前对阻变式存储器存储机理的理论模型.

基于Keithley 4200A-SCS的存储器量子效应教学实验设计

阐述基于Keithley 4200A-SCS半导体参数分析仪的探究性实验的设计,包括样品的准备、Keithley 4200A-SCS电学特性测试、结果分析与讨论,根据电学测试结果与半导体量子器件的物理知识,定量给出了存储器中的工作电流与电压的关系。该实验有助于加深学生对RRAM工作机制的理解,锻炼学生的实践水平和探索能力。

基于第一性原理计算的ZrO_2材料的掺杂阻变特性

阻变式随机存储器(RRAM)是目前新型存储器领域的研究热点。基于ZrO2材料,选取Al和Ag作为杂质元素。采用第一性原理方法计算了掺杂条件下ZrO2中氧空位的形成能、氧空位之间的作用能等重要参量。Al(富余)掺杂下,氧空位之间的相互作用能成负值,相互吸引抱团形成导电细丝,阻变特性明显改善,氧空位主导细丝形成。这与相关的实验结果是一致的。Ag掺杂下,Ag的金属性强,氧空位之间相互作用能全为正值,相互排斥。通过模拟观察,Ag主导了细丝形成,并改善了ZrO2材料的阻变特性。

基于忆阻器的脉冲神经网络硬件加速器架构设计

脉冲神经网络(spiking neural network,SNN)作为第三代神经网络,其计算效率更高、资源开销更少,且仿生能力更强,展示出了对于语音、图像处理的优秀潜能.传统的脉冲神经网络硬件加速器通常使用加法器模拟神经元对突触权重的累加.这种设计对于硬件资源消耗较大、神经元/突触集成度不高、加速效果一般.因此,本工作开展了对拥有更高集成度、更高计算效率的脉冲神经网络推理加速器的研究.阻变式存储器(resi-stive random access memory,RRAM)又称忆阻器(memristor),作为一种新兴的存储技术,其阻值随电压变化而变化,可用于构建crossbar架构模拟矩阵运算,已经在被广泛应用于存算一体(processing in memory,PIM)、神经网络计算等领域.因此,本次工作基于忆阻器阵列,设计了权值存储矩阵,并结合外围电路模拟了LIF(leaky integrate and fire)神经元计算过程.之后,基于LIF神经元模型实现了脉冲神经网络硬件推理加速器设计.该加速器消耗了0.75k忆阻器,集成了24k神经元和192M突触.仿真结果显示,在50 MHz的工作频率下,该加速器通过部署三层的全连接脉冲神经网络对MNIST(mixed national institute of standards and techno-logy)数据集进行推理加速,其最高计算速度可达148.2 frames/s,推理准确率为96.4%.

基于Cu_xSi_yO阻变材料的RRAM抗总剂量辐照性能

研究了基于CuxSiyO结构的阻变式随机存储器(RRAM)的抗总剂量辐照能力.存储器芯片置于钴源辐照室内,通过60 Co释放出的γ射线模拟空间辐照环境.在辐照总剂量达到3 000Gy的条件下,单元仍然可以保持原有的存储信息,高低阻态的阻值、写电压、良率等性能几乎没有任何衰减.良好的辐照特性使得RRAM有望在抗辐射领域中得到广泛应用.