Исследователи из Кембриджского университета опубликовали в журнале Science Advances в начале этого месяца статью, описывающую новый тип мемристора на основе оксида гафния. Главная особенность новой технологии заключается в том, что она работает при токах переключения, примерно в миллион раз меньших, чем у традиционных устройств на основе оксидов. Команда под руководством доктора Бабака Бахита из Департамента материаловедения и металлургии Кембриджа разработала многокомпонентную тонкую пленку, которая формирует внутренний p-n переход, позволяя устройству плавно переключать состояния при токах ниже 10 наноампер, при этом обеспечивая сотни различных уровней проводимости. Мемристоры — это двухтерминальные устройства, способные хранить и обрабатывать данные в одном и том же физическом месте, устраняя энергозатратный обмен данными между раздельными блоками памяти и обработки в традиционных компьютерных архитектурах. Согласно статье, нейроморфные системы, построенные на мемристорах, могут снизить энергопотребление вычислительных систем более чем на 70%. Большинство существующих мемристоров на основе HfO2 полагаются на нитевидное резистивное переключение, при котором проводящие пути растут и разрываются внутри оксида. Эти нити проявляют стохастическое поведение, что приводит к плохой однородности от устройства к устройству и от цикла к циклу, ограничивая вычислительную точность. Команда Кембриджа применила другой подход, добавив стронций и титан к оксиду гафния и нанеся пленку в два этапа, тем самым создав слой p-типа Hf(Sr,Ti)O2, который самособирается в p-n гетеропереход с нижележащим слоем оксинитрида титана n-типа. Изменение сопротивления происходит за счет смещения высоты энергетического барьера на этом переходе, а не за счет роста или разрыва нитей. «Нитевидные устройства страдают от случайного поведения», — сказал Бахит в пресс-релизе Кембриджа, анонсирующем работу. «Но поскольку наши устройства переключаются на границе раздела, они демонстрируют выдающуюся однородность от цикла к циклу и от устройства к устройству». Устройства продемонстрировали токи переключения на уровне 10-8 ампер или ниже, сохранение данных свыше 105 секунд и долговечность более 50 000 циклов переключения импульсами. Используя идентичные импульсы напряжением 1,0 В, сопоставимые с биологической нейронной сигнализацией, исследователи достигли диапазона модуляции проводимости более чем в 50 раз в сотнях различных уровней без насыщения. Энергия синаптического обновления варьировалась примерно от 2,5 пикоджоулей до 45 фемтоджоулей. Устройства также воспроизводили зависимую от времени пластичность спайков и поддерживали стабильную синаптическую работу на протяжении примерно 40 000 электронных спайков. Текущий процесс нанесения требует температур около 700°C, что превышает стандартные допуски производства CMOS. «Это на данный момент основная проблема в процессе изготовления нашего устройства», — сказал Бахит. «Но сейчас мы работаем над способами снижения температуры, чтобы сделать его более совместимым со стандартными отраслевыми процессами». Все материалы, используемые в стеке устройства, полностью совместимы с CMOS, и через Cambridge Enterprise подана заявка на патент.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Luke James
