基于pn结空间电荷区宽度调制的忆阻器:材料、忆阻行为调控与神经突触仿生研究
批准号:
51372035
项目类别:
面上项目
资助金额:
80.0 万元
负责人:
徐海阳
依托单位:
学科分类:
无机非金属半导体与信息功能材料
结题年份:
2017
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨化通、王春亮、王中强、张磊、赵晓宁、马寒露、林亚
中文摘要
忆阻器被认为是除电阻、电容、电感外的第四种电路基本元件,在非线性电路、新型存储、逻辑运算和人工智能等领域极具应用潜力。但其研究尚处起步阶段,构筑忆阻器的物理模型较为有限。本课题旨在发展一种基于pn结空间电荷区宽度调制的新型忆阻器,并用于神经突触的仿生;利用pn结物性易于调制的特点实现忆阻性能的调控。以金属氧化物为阻变材料,研究其生长规律,制备由载流子浓度不同的氧化物薄膜组成的pn异质结;研究材料选择、薄膜微结构和电学性质、器件结构对忆阻行为的影响;研究内建电场对电阻记忆及弛豫过程的调制作用;研究器件兼具的电容记忆行为;揭示pn结区内带电中心数量变化的机制,建立器件物理模型。利用忆阻器模拟生物神经突触与学习/记忆相关的多种基本功能。研究突触权重(电阻)对刺激信号幅度、时间、频率、时域顺序等因素的响应。本研究为构筑性能可调控的忆阻器件提供了备选方案,是材料、物理、电子交叉领域中的前沿方向。
英文摘要
Memristor is considered as the fourth fundamental circuit element besides resistor, capacitor, and inductor, which has great potential applications in many areas, such as non-linear electric circuit, high-density memory, logical operation circuit, and artificial intelligence. However, the research on memristors is still at the preliminary stage presently, and the development is limited by the small number of available models for building memristors. This project aims at developing a new type of memristor based on the modulation of the space-charge region width in a p-n junction, and researching its application in synapse emulation. For this novel memristor, the performance of device can be tuned flexibly, because the properties of p-n junction can be easily adjusted. Metal oxides will be used as resistive switching materials, and their growth behaviors will be investigated. We plan to manufacture a series of memristors based on p-n heterojunctions with different carrier density; to study some factors affecting the memristive behavior, including material selection, device structure, microstructure and electrical properties of films; to study the capacitive memory effects present in the current memristor; to reveal the physical mechanism underlying the variation of the number of charged centers in p-n junction region and build the memristor model. The memristor will also be used to emulate several essential synaptic functions associated with learning and memory. The response of synaptic weight (resistance) to the spiking signal, including its amplitude, duration time, frequency, and temporal sequence, will be investigated. This project can provide an alternative model for building memristors with adjustable properties, which is cutting-edge research in the interdisciplinary field of materials science, physics and electronics.
忆阻器作为除电阻、电容、电感外的第四种电路基本元件,在非线性电路、新型信息存储、逻辑运算和人工智能等领域极具应用潜力。本课题围绕氧化钽、氧化石墨等氧化物构筑忆阻器件,从忆阻材料设计、忆阻机理探究、忆阻可靠性的提升以及忆阻器突触仿生功能/信息存储等方面开展了系列研究工作。取得主要结果如下: 通过氧浓度及氧迁移过程调节,揭示了p型氧化物阻变机理,优化了氧化物忆阻性能;揭示了导电通道不稳定原因,研究了导电通道自发弛豫动力学行为,发现了自发电导量子化效应;发展了多孔复合结构、尖端电极、粒子包埋、元素掺杂等方法,促进了忆阻器导电细丝局域化,有效提升了忆阻器件可靠性;开发了具有超低功耗氧化钽忆阻器件,单位功耗低至与人脑神经突触相当,有效解决了忆阻器功耗与保持矛盾; 发展了具有柔性、可转移特性的多功能忆阻器件。首次报道了氧化石墨烯互补型忆阻器,有效解决了串扰问题,为器件进一步集成应用奠定了基础。本项目对构筑高可靠性忆阻器件及其神经突触仿生/信息存储方面提供了科学依据和技术基础。相关结果发表在 Small, Nanoscale, Carbon, Appl. Phys. Lett., IEEE EDL 等杂志报道,发表SCI论文38篇, 申请发明专利9项,授权pn结忆阻器相关专利2项。在国内外学术会议上作报告10余次。申请人获得国家基金委优秀青年基金,获得国家自然科学二等奖(第三完成人)。
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Effect of reset voltage polarity on the resistive switching region of unipolar memory
复位电压极性对单极存储器阻变区域的影响
DOI:
10.1002/pssa.201532235
发表时间:
2015-10
期刊:
Physica Status Solidi A-Applications and Materials Science
影响因子:
2
作者:
[Wang Zhongqiang, Xu Haiyang, Zhao Xiaoning, Lin Ya, Zhang Lei, Ma Jiangang, Liu Yichun]
通讯作者:
Liu Yichun
Improved resistive switching characteristics by introducing Ag-nanoclusters in amorphous-carbon memory
通过在非晶碳存储器中引入银纳米团簇改善电阻开关特性
DOI:
10.1016/j.matlet.2015.04.052
发表时间:
2015
期刊:
Materials Letters
影响因子:
3
作者:
[Zhang Lei, Xu Haiyang, Wang Zhongqiang, Zhao Xiaoning, Ma Jiangang, Liu Yichun]
通讯作者:
Liu Yichun
Improvement of resistive switching memory achieved by using arc-shaped bottom electrode
利用弧形底电极实现阻变存储器的改进
DOI:
10.7567/apex.8.014101
发表时间:
2014
期刊:
Applied Physics Express
影响因子:
2.3
作者:
[Wang Zhongqiang, Zhao Kaidong, Xu Haiyang, Zhang Lei, Ma Jiangang, Liu Yichun]
通讯作者:
Liu Yichun
DOI:
10.1063/1.5003331
发表时间:
2017-10
期刊:
Applied Physics Letters
影响因子:
4
作者:
[Ye Tao;Xuhong Li;Zhongqiang Wang;Haiyang Xu;Wentao Ding;Jiangang Ma;Yichun Liu]
通讯作者:
Ye Tao;Xuhong Li;Zhongqiang Wang;Haiyang Xu;Wentao Ding;Jiangang Ma;Yichun Liu
ZnO ultraviolet random laser diode on metal copper substrate
金属铜基板上的ZnO紫外随机激光二极管
DOI:
10.1364/oe.22.016731
发表时间:
2014-07-14
期刊:
OPTICS EXPRESS
影响因子:
3.8
作者:
[Liu, C. Y., Xu, H. Y., Liu, Y. C.]
通讯作者:
Liu, Y. C.
共 25 条
基于等离激元诱导电荷分离(PICS)效应的高密度光电耦合信息存储材料研究
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批准号:U19A2091
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项目类别:联合基金项目
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资助金额:250.0万元
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批准年份:2019
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负责人:徐海阳
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依托单位:
多孔非晶碳薄膜的忆阻效应及其超低功耗突触器件研究
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批准号:51872043
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2018
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负责人:徐海阳
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依托单位:
MgZnO/MgO量子阱的生长、物性调控及其深紫外光发射器件研究
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批准号:51172041
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2011
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负责人:徐海阳
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依托单位:
基于p-GaN/i-MgO/n-MgxZn1-xO异质结构波长可调的紫外光发射器件研究
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批准号:60907016
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2009
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负责人:徐海阳
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依托单位:
国内基金
海外基金