《Pt/TiMxOy/Pt/Si界面調控及憶阻行為調製機理》是依託北京航空航天大學，由黃安平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：Pt/TiMxOy/Pt/Si界面調控及憶阻行為調製機理
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：黃安平
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
成功獲得類似於神經元突觸功能的電子器件是構建新一代認知系統的基礎，而憶阻器是最有可能實現該功能的新型記憶器件。本項目擬在現有工作基礎上，採用電漿增強原子層沉積技術與電子束刻蝕工藝相結合，製備Pt/TiMxOy/石墨烯量子點/Pt/AlN/Si堆疊結構，開展鈦氧化物憶阻器界面調控及憶阻行為調製機理研究。通過在Pt/Si界面引入高熱導率AlN，利用其遠程氧吸除能力在鈦氧化物中誘導氧空位缺陷，並消除界面熱效應對憶阻行為的影響。在氧化物/Pt界面嵌入具有化學穩定性的石墨烯量子點，利用其顯著量子限域效應進一步調製氧化物中氧空位濃度、分布及界面勢壘高度，促進氧空位遷移及導電通道形成與阻斷。結合分子動力學模擬與正電子湮滅等測試，探討量子限域效應對氧空位非線性動力學行為的影響機理，最佳化電形成過程，調製氧化物憶阻器動力學行為，提高其可控性。該研究對於開發類人腦智慧型器件，推動信息技術發展具有重要意義。
結題摘要
金屬氧化物憶阻器在類腦智慧型器件、神經形態計算以及新型人工智慧領域有廣泛的套用前景，已受到普遍地關注。其中氧化物憶阻器的熱穩定性、界面產物抑制、電導機制、憶阻特性的可控性、重複性等電學特性調控，國內外對這類問題的研究很重視。我們針對上述問題進行了深入研究，獲得了明顯進展與一系列研究成果，主要包括26篇已發表論文，其中SCI論文17篇，英文著作1部（章），國家發明專利5項，美國發明專利1項。首先，我們系統分析了納米點調控氧化物憶阻器電導特性的研究進展，發現氧化物憶阻器由於其結構簡單、記憶速度快、能耗低和非易失性存儲等特性，已成為存儲器件領域新的研究熱點，特別是在10 nm以下尺度具有明顯優勢。系統綜述了基於憶阻器交叉陣列的深度學習實現研究進展，由於憶阻器crossbar結構天然地具有並行計算能力，可以利用歐姆定律和基爾霍夫定律實現高維向量的加乘，這樣可以實現晶片級的深度神經網路，基於憶阻器的深度神經網路是一種高速、並行、高密度、高可靠性、低功耗的運算電路，這項工作將會對整個深度神經網路領域產生重大影響，進而解決人工智慧領域中的許多問題。在此基礎上，詳細探究了氫隧穿二維材料的特性，分析了石墨烯作為界面層對調製MIM結構中電學特性的影響，特別是石墨烯自身特性對新型存儲器件性能的調控作用機制。理論模擬了基於憶阻器的深度學習系統的軟硬體實現，並建立相應的架構、算法和基本計算電路的模型。理論模擬了基於憶阻器的深度學習系統的軟硬體實現，並建立相應的架構、算法和基本計算電路的模型。在實驗研究中，還發現了金屬氧化物憶阻器的量子化電導現象，並探究了量子化電導的作用機理等。此外，還理論研究了全金屬柵結構器件的電學特性，尤其是費米能級釘扎效應對其能帶結構的影響規律等。上述結果為氧化物憶阻器的進一步微型化及其在量子技術中套用提供了可能。
