基于FeGa/PZT薄膜忆耦器的新型信息功能材料与原型器件的研究
批准号:
52101281
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
申见昕
依托单位:
学科分类:
金属信息功能材料
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
申见昕
中文摘要
随着信息技术的进步,人们对计算机的信息存储和处理能力有了更高的要求,研究具有高存储密度和低能耗的新型存储器件和具有高运算效率的非冯·诺依曼架构计算机是关系人类发展和社会进步的重大课题。具有磁电耦合效应的多铁性材料被认为是发展新型信息功能器件的重要候选材料。申请人在复合多铁性材料中实现了具有非易失性存储、布尔逻辑运算、类神经突触等功能的原型器件——忆耦器,但上述忆耦器仅在块体材料中得到了验证,针对薄膜忆耦器的研究目前还未开展。复合多铁性薄膜材料具有高密度、低能耗、低操作电压、高写入速度等优点,对于面向实际应用的功能器件,研究基于薄膜材料的忆耦器显得十分重要。本项目计划制备FeGa/PZT复合多铁性薄膜材料,研究基于该薄膜材料的忆耦器的信息快速写入功能,并在其中实现具有非易失性存储、布尔逻辑运算、类神经突触、加法器、计数器等功能的原型器件,为忆耦器走向实际应用奠定基础。
英文摘要
With the development of information technology, the improvement of information storage and processing capabilities of the computer has been sought for many years. It is important to study novel memory devices with high density and low energy consumption and non-von Neumann architecture computers with high computing efficiency. Multiferroics with magnetoelectric coupling effects are important candidates for the development of new information functional devices. In our previous study, memtranstor is prepared as prototype devices with functions such as non-volatile memory, Boolean logic operation, and synaptic function in the composite multiferroic materials. But the memtranstor has only been verified in bulk materials. The composite multiferroic film materials have the advantages of high density, low energy consumption, low operating voltage, and high write speed. This project plans to prepare a FeGa/PZT thin film with magnetoelectric coupling effect, to study the high write speed of information, and to develop a prototype for non-volatile memory, Boolean logic operation, and synaptic device. This research lays the foundation for the practical application of memtranstor.
随着时代的发展,信息的存储形式从最原始的结绳记事法、石板法等发展到如今以半导体存储器作为载体的信息存储方式。但随着半导体工艺已经逼近物理极限,摩尔定律已经逐渐失效。在这种情况下,人们急需开发具有全新原理的新一代信息功能器件,满足未来信息技术对于高密度、低能耗、非易失性等方面的要求。此外,在大数据时代之下,计算机的信息处理效率需要大幅提高,冯·诺依曼存算分离的结构已经成为限制现代计算机性能发展的瓶颈。发展具有存算一体功能的新型信息功能器件是实现具有更高信息处理效率的非冯·诺依曼架构计算机的重要基础。此外,人类大脑具有低功率、高效率的特点,受此启发,发展人工神经突触器件和类神经网络,将对实现类脑计算技术具有重要的意义。忆耦器是近年来发展出的一种基于磁电耦合效应的新型器件。在本项目中,我们研究了基于忆耦器的类神经突触器件和全加器等原型器件。主要研究成果如下:.1.研究了基于忆耦器的类神经突触器件。在忆耦器FeGa/PMN-PT/FeGa中,通过施加连续的脉冲电压,实现了突触可塑性中的长程增强和长程抑制过程,并且采用特殊设计的电压脉冲序列,在忆耦器中实现了脉冲时间依赖的可塑性(STDP)。基于上述结果,我们模拟了忆耦器阵列来验证基于忆耦器的神经网络的学习行为。.2.研究了基于忆耦器的全加法器件。在基于FeGa/PMN-PT/FeGa忆耦器的新型加法器中,通过脉冲电压对忆耦器电极化的改变从而对磁电耦合电压的符号改变来实现加法器的功能。基于忆耦器的加法器只需要两个存储单元便可以实现全加法器的功能,大幅减少了忆耦器使用数目与运算步骤,也同时降低了新型加法器的复杂性。基于忆耦器的新型加法器可以作为存算一体架构计算机的重要候补器件之一。
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