氧化铁忆阻器中缺陷态诱导的模拟型阻变及突触双脉冲易化特性

作     者：王彤宇 冉皓丰 周广东 WANG Tongyu;RAN Haofeng;ZHOU Guangdong

作者机构：西南大学人工智能学院重庆400715 西南大学类脑计算与智能控制重庆市重点实验室重庆400715 

出 版 物：《无机材料学报》 (Journal of Inorganic Materials)

年 卷 期：2023年第38卷第4期

页      面：437-444页

核心收录：

学科分类：0817[工学-化学工程与技术] 08[工学] 

基　　金：中央高校基本科研业务费专项资金(SWU020019) 国家自然科学基金联合基金(U20A20227) 重庆市自然科学基金(cstc2020jcyj-msxm X0648) 

主　　题：忆阻器 氧化铁 缺陷态 突触双脉冲易化 

摘      要：模拟型阻变突触特性能够为神经形态计算提供高的计算精度并避免计算过程中带来的电导卡滞、跃变以及失效等问题。模拟生物突触在刺激脉冲下的行为,能够更好地揭示电子器件的仿生特性机理并为高性能神经形态计算提供支撑。突触双脉冲易化是生物突触的重要特性,反映了在外界刺激作用下的易化和适应性过程,对揭示神经元的工作机制至关重要。为了构建突触双脉冲易化的模拟型忆阻器件,本研究通过器件的能带结构设计及氧空位缺陷态的调控,利用射频磁控溅射法制备了一种结构为Ag/FeO_(x)/ITO的忆阻器。电学测试结果表明,该器件具有优异的渐进递增的非线性阻变特性,即模拟型阻变特性。在I-V循环扫描3000次范围内,这种器件均表现出模拟型阻变特性,可提供稳定的、可分离的16个电导状态,且在10^(4)s内维持良好,说明这些电导状态是非易失性的,这主要归功于电子在氧空位缺陷态中的捕获与去捕获以及在势垒间隧穿行为。但是,在低电场强度情况下,捕获的热电子有可能会跃迁出浅陷阱能级,而呈现出易失性。根据这种器件的易失性和非易失性共存特性,通过调制电压脉冲宽度、幅度,器件能够表现出很好的突触双脉冲易化特性,显示出该类型器件在神经形态计算中的潜力和优势。