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World File Search System忆阻器
基于 2D MoS2 的阈值开关忆阻器用于...
在所有神经网络中，PIKING 神经网络 (SNN) 最忠实地模拟了人脑，并且被认为是处理时间数据最节能的网络。人工神经元和突触是 SNN 的组成部分。最初，SNN 的硬件采用复杂的互补金属氧化物半导体 (CMOS) 电路实现，其中单个神经元或突触由多个晶体管实现，这在面积和能耗方面非常密集 [1]。2008 年忆阻器的发现促进了使用单个双端器件实现人工突触的发展 [2]，[3]。然而，尽管人工神经元同样重要，但使用单个器件实现人工神经元的研究还不够深入。最近，阈值开关忆阻器 (TSM) 器件 [4]、非挥发性忆阻器 [5]、相变材料 (PCM) [6]、基于铁电材料的场效应晶体管 (FET) [7]、[8] 和浮体晶体管 [9] 已被用于演示用于 SNN 的漏电积分激发 (LIF) 神经元。二维材料的忆阻特性为利用这些原子级薄系统实现人工神经元提供了机会，这将实现神经网络硬件的最终垂直扩展 [10]-[12]。H Kalita 等人演示了一种基于 MoS 2 /石墨烯 TSM 的人工神经元，但阈值电压高、开关比低、导通时间短。
超低电压生物电压忆阻器的最新进展
由模拟大脑生物电信息处理的忆阻器构建的神经形态系统可能会克服传统计算架构的限制。然而，仅靠功能模拟可能仍无法实现生物计算的所有优点，生物计算使用 50-120 mV 的动作电位，至少比传统电子设备中的信号幅度低 10 倍，以实现非凡的功率效率和有效的功能集成。因此，将忆阻器中的功能电压降低到这种生物幅度可以促进神经形态工程和生物模拟集成。本综述旨在及时更新这一新兴方向的努力和进展，涵盖设备材料成分、性能、工作机制和潜在应用等方面。
忆阻器——第四大基本无源电子元件及其记忆解释
30 多年来，忆阻器一直是个谜，直到 2008 年 [ 8 ] HP 实验室的一组研究人员宣布成功实现第一个器件形式的忆阻器。这一最新发现吸引了众多科学家、工程师和研究人员的注意，他们纷纷探索忆阻器在分立和阵列配置中的更多可行应用及其器件技术。HP 忆阻器技术由厚度为 D 的氧化钛 (TiO 2 ) 薄膜双层和两个用作电极的铂 (Pt) 金属触点组成。TiO 2 的一部分掺杂了氧空位，因此变成 TiO 2-z，另一部分保持纯 TiO 2 。这些氧空位带正电，因此具有导电性，未掺杂的另一侧具有电阻特性，使得整个排列表现为半导体材料，见图 4。请注意，实际上带电掺杂剂沿着器件宽度散布，但是，其在一边的浓度与另一边的浓度相比可以忽略不计，从而导致两个不同的电阻区域。结构布置构成了两个串联连接的电阻 𝑅𝑅 𝑜𝑜𝑜𝑜 和 𝑅𝑅 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜。 𝑅𝑅 𝑜𝑜𝑜𝑜 电阻对应于宽度为 ( w ) 的掺杂区域（TiO 2-z 即高导电区域），而 𝑅𝑅 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 电阻对应于宽度为 ( Dw ) 的未掺杂区域（TiO 2 即低导电区域），因此 𝑅𝑅 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 ≫ 𝑅𝑅 𝑜𝑜𝑜𝑜 是两个电阻极限，分别表示器件的 OFF 和 ON 状态。掺杂区域和未掺杂区域之间的边界（用双向箭头表示）根据流动电流的方向或施加电压的极性来回移动。
MoS2 原子片中单缺陷忆阻器的观察
非挥发性电阻开关，也称为忆阻器 1 效应，即电场改变双端器件的电阻状态，已成为高密度信息存储、计算和可重构系统 2 – 9 开发中的一个重要概念。过去十年，非挥发性电阻开关材料（如金属氧化物和固体电解质）取得了实质性进展。长期以来，人们认为漏电流会阻止在纳米薄绝缘层中观察到这种现象。然而，最近在过渡金属二硫属化物 10, 11 和六方氮化硼 12 夹层结构（也称为原子阻断器）的二维单分子层中发现的非挥发性电阻开关推翻了这种观点，并由于尺寸缩放的好处增加了一个新的材料维度 10, 13。我们在此以单层 MoS 2 为模型系统，阐明了原子片中切换机制的起源。原子成像和光谱表明，金属取代硫空位会导致电阻发生非挥发性变化，这得到了缺陷结构和电子状态计算研究的证实。这些发现提供了对非挥发性切换的原子理解，并开辟了精确缺陷工程的新方向，精确到单个缺陷，朝着实现最小的忆阻器的方向发展，以应用于超密集存储器、神经形态计算和射频通信系统 2、3、11。通过结合扫描隧道显微镜/扫描隧道光谱 (STM/STS) 和局部传输研究，我们观察到硫空位（MoS 2 单层中的主要缺陷）在其天然形式下不起低电阻路径的作用，这与金属氧化物存储器中氧空位的影响形成鲜明对比。 然而，从底部或顶部电极迁移的金属离子（例如金离子）可以取代硫空位，产生导电的局部态密度 (LDOS)，从而驱动原子片进入低阻状态。 在反向电场下去除金原子后，缺陷恢复其初始空位结构，系统返回到高阻状态。 这种导电点切换机制类似于在原子级上形成导电桥存储器 14。然而，它本质上是不同的，也是独一无二的，因为单个金属离子填充了晶格中的单个空位，而不是通过高度无序的材料形成金属桥。我们发现硫空位在 2 纳米间距处稳定，导致忆阻器密度约为每 1 个单位
关于忆阻器 HRS 和 LRS 状态退化和数据保留时间的问题
引言由于构建太比特容量的非易失性存储器集成电路和在神经形态计算中的应用前景看好[1]，基于电介质电阻切换的存储器设备领域的研究数量呈指数级增长。由于缺乏理想的电介质、通过结构缺陷限制电流泄漏以及隧道效应，基于电荷存储的存储单元已经接近缩放的物理极限。相反，在基于电阻切换机制 (ReRAM) 的存储单元中，不需要理想的电介质，但其局部缺陷区域的结构必须限制在纳米级。在外部电场的影响下，该区域中的阳离子-阴离子电荷传输导致电介质结构缺陷发生局部可逆变化，这种变化在外部表现为单元电导率的逐步变化和高阻状态（HRS 或 RESET 状态）和低阻状态（LRS 或 SET 状态）之间的电阻切换。这些状态是在暴露于具有特定极性、持续时间和幅度的开关脉冲后建立的。在没有外部电场的情况下，理想的忆阻器（具有记忆功能的电阻器）能够在单元电阻的固定值下根据需要长时间维持HRS和LRS。因此，忆阻器存储单元中的一比特信息以结构变化的形式存储在两个导电电极之间封闭的电介质的局部区域中。只有两级电阻（一位）的忆阻器集成到交叉结构[2–6]中，并以3D配置
集成传感记忆的低能耗光纤型忆阻器阵列
基于电阻开关的忆阻器 (RS) 是一种令人着迷的新兴存储技术，由于其 1 – 8 个优点而备受关注，包括可行、运行速度快、长时间保留、高密度和低能耗。为了模仿生物体对外部刺激作出反应并存储感知信号的功能，集成记忆感应系统应运而生。例如，Bowen Zhu 等人 9 将压力传感器集成到记忆装置中，在最先进的电子皮肤装置和皮肤启发集成触觉记忆装置之间建立了桥梁，以模仿自然皮肤的触觉记忆。在另一个例子中，就视觉记忆系统而言，将紫外光传感器集成到忆阻器阵列上能够为认知任务提供必要的外部感觉记忆。10,11
忆阻器、忆电容及其在神经形态计算中的应用
我们打算证明，我们可以构建专用硬件，使用忆阻器和忆电容将神经网络直接映射到该硬件上，从而提高网络的能源效率。我们将使用以集成电路为重点的模拟程序 (SPICE) 来模拟我们的忆电容和忆阻器。使用此模型，我们将创建一个忆阻和忆电容元件的储存器，并在一系列忆电容与忆阻器比率中评估我们的设计，同时测试储存器结构，包括小世界、交叉开关、随机、分层和幂律实现。我们假设我们的设计将大大提高神经网络的能源效率和性能。
用于神经形态和模拟计算的全集成忆阻器系统
本最终技术报告详细介绍了 AFRL 拨款 FA8750-18- 2-0122 下取得的成果。该项目的总体目标是开发一个基于忆阻器的神经形态计算硬件平台。在简要介绍背景和原理之后，介绍了技术方法。以下各节总结了设备、阵列和集成系统级别的研究成果。利用我们之前在设备开发和单晶体管单电阻 (1T1R) 阵列集成方面的成就，我们实现了全硬件忆阻多层神经网络，集成了用于并行图像和视频处理的三维 (3D) 忆阻器阵列，并构建了用于时间编码计算的新测试器。我们还开发了新的选择器设备，展示了单选择器单电阻 (1S1R) 阵列集成，展示了储层计算，并提出了扩散和漂移忆阻器的统一紧凑模型。
![arXiv:2107.05306v1 [quant-ph] 2021 年 7 月 12 日](/simg/g:\will\search\icon\source\e\e236dbd0fdc4c22aa268cd10e6fc632f81742fd5.webp)
arXiv:2107.05306v1 [quant-ph] 2021 年 7 月 12 日
我们提出在可行的超导电路架构中通过电容和电感耦合实现两个量子忆阻器的相互作用。在这个组合系统中，输入随时间相关，从而改变每个量子忆阻器的动态响应，包括其收缩磁滞曲线和非平凡纠缠。从这个意义上讲，并发和忆阻动力学遵循相反的行为，当磁滞曲线最小时，显示纠缠的最大值，反之亦然。此外，每当量子忆阻器纠缠最大时，磁滞曲线随时间的方向就会反转。组合量子忆阻器的研究为开发神经形态量子计算机和原生量子神经网络铺平了道路，使当前 NISQ 技术在量子方面占据优势。
拓扑化学合成磷化铜纳米带用于柔性光电忆阻器
金属磷化物纳米带因特殊的电子结构、大的接触面积和优异的力学性能而成为柔性光电子微器件的理想构建材料。本工作采用拓扑化学方法从结晶红磷纳米带（cRP NR）制备单晶磷化铜纳米带（Cu 3 P NR）以保留 cRP 形貌。Cu 3 P NR 用于在 ITO/PEN 基底上构建柔性光电忆阻器，以 Cu 3 P NR 的天然氧化壳作为电荷捕获层来调节电阻开关特性。基于 Cu 3 P NR 的忆阻器在不同机械弯曲状态和不同弯曲时间下均具有出色的非挥发性存储性能。从基于 Cu 3 P NR 的忆阻器中观察到光学和电学调制的人工突触功能，并且由于记忆回溯功能，使用 Ag/Cu 3 P/ITO 人工突触阵列实现了模式识别。拓扑化学合成法是一种通用方法，可用于生产具有特殊形态和特定晶体取向的纳米结构化合物。结果还表明，金属磷化物是未来光电神经形态计算的忆阻器中的优良材料。