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憶阻器的介紹以及測(cè)試方案

日期:2023-07-07瀏覽:1003次

憶阻器

憶阻器英文名為memristor, 用符號(hào)M表示,與電阻R,電容C,電感L構(gòu)成四種基本無(wú)源電路器件,它是連接磁通量與電荷之間關(guān)系的紐帶,其同時(shí)具備電阻和存儲(chǔ)的性能,是一種新一代高速存儲(chǔ)單元,通常稱(chēng)為阻變存儲(chǔ)器(RRAM)。

憶阻器備受關(guān)注的重要應(yīng)用領(lǐng)域包括:非易失存儲(chǔ)(Nonvolatile memory),邏輯運(yùn)算(Logic computing),以及類(lèi)腦神經(jīng)形態(tài)計(jì)算(Brain-inspired neuromorphic computing)等。這三種截然不同又相互關(guān)聯(lián)的技術(shù)路線,為發(fā)展信息存儲(chǔ)與處理融合的新型計(jì)算體系架構(gòu),突破傳統(tǒng)馮·諾伊曼架構(gòu)瓶頸,提供了可行的路線。

在憶阻器研究不斷取得新成果的同時(shí),基于憶阻器的多功能耦合器件也成為研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)。這些新型耦合器件包括:磁耦合器件、光耦合器件、超導(dǎo)耦合器件、相變憶阻器件、鐵電耦合器件等。

(一) 憶阻器基礎(chǔ)研究測(cè)試

憶阻器研究可分為基礎(chǔ)研究、性能研究以及集成研究三個(gè)階段,此研究方法對(duì)阻變存儲(chǔ)器(RRAM)、相變存儲(chǔ)器(PCM)和鐵電存儲(chǔ)器(FeRAM)均適用。憶阻器基礎(chǔ)研究階段主要研究憶阻器材料體系和物理機(jī)制,以及對(duì)憶阻器器參數(shù)進(jìn)行表征,并通過(guò)捏滯回線對(duì)憶阻器進(jìn)行分類(lèi)。憶阻器基礎(chǔ)研究測(cè)試包括:直流特性、交流特性及脈沖特性測(cè)試。

憶阻器直流特性測(cè)試通常與Forming結(jié)合,主要測(cè)試憶阻器直流V-I曲線,并以此推算SET/RESET 電壓/電流、HRS、LRS等憶阻器重要參數(shù),可以進(jìn)行單向掃描或雙向掃描。憶阻器交流特性主要進(jìn)行捏滯回線的測(cè)試,捏滯回線是鑒別憶阻器類(lèi)型的關(guān)鍵。憶阻器脈沖測(cè)試能有效地減小直流測(cè)試積累的焦耳熱的影響,同時(shí),也可以用來(lái)研究熱量對(duì)器件性能的影響。由于憶阻器表征技術(shù)正向jiduan化發(fā)展,皮秒級(jí)脈沖擦寫(xiě)及信號(hào)捕捉的需求日益強(qiáng)烈。

憶阻器基礎(chǔ)研究測(cè)試方案

高性?xún)r(jià)比測(cè)試方案

jiduan化表征測(cè)試方案

(二)憶阻器性能研究測(cè)試

憶阻器性能研究測(cè)試流程如下:

非易失存儲(chǔ)器性能研究是通過(guò)測(cè)試憶阻器的循環(huán)次數(shù)或耐久力(Endurance)和數(shù)據(jù)保留時(shí)間(Data Retention)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在循環(huán)次數(shù)和耐久力測(cè)試中,電阻測(cè)試通常由帶脈沖功能的半導(dǎo)體參數(shù)測(cè)試儀完成,由于被測(cè)樣品數(shù)量多,耗時(shí)長(zhǎng),需要編程進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試。jiduan化表征情況下,SET/ RESET 脈沖由高速任意波發(fā)生器產(chǎn)生。

如果憶阻器被用于神經(jīng)元方面的研究,其性能測(cè)試除了擦寫(xiě)次數(shù)和數(shù)據(jù)保留時(shí)間外,還需要進(jìn)行神經(jīng)突觸阻變動(dòng)力學(xué)測(cè)試。突觸可塑性是大腦記憶和學(xué)習(xí)的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ),有很多種形式。按記憶的時(shí)間長(zhǎng)短可分為短時(shí)程可塑性 (STP)和長(zhǎng)時(shí)程可塑性 (LTP),其中短時(shí)程可塑性包括雙脈沖抑制 (PPD)、雙脈沖易化 (PPF)、強(qiáng)直后增強(qiáng) (PTP)。此外還有一些其他的可塑性, 如: 放電速率依賴(lài)可塑性 (SRDP)、放電時(shí)間依賴(lài)可塑性 (STDP)等,它們是突觸進(jìn)行神經(jīng)信號(hào)處理、神經(jīng)計(jì)算的基礎(chǔ)。

憶阻器的導(dǎo)電態(tài)可以用來(lái)表示突觸權(quán)重的變化,通過(guò)改變刺激脈沖電壓的形狀、頻率、持續(xù)時(shí)間等參數(shù)來(lái)模擬不同突觸功能相應(yīng)的神經(jīng)刺激信號(hào)的特點(diǎn),測(cè)量瞬態(tài)電流可以了解阻變動(dòng)力學(xué)過(guò)程,獲得神經(jīng)形態(tài)特性的調(diào)控方法。同循環(huán)次數(shù)和耐久力測(cè)試相同,需要對(duì)帶脈沖功能的半導(dǎo)體參數(shù)測(cè)試儀或高速任意波發(fā)生器編程產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖序列,進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試。

憶阻器性能研究測(cè)試方案







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