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神经形态阻变器件在图像处理中的应用
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作者 江碧怡 周菲迟 柴扬 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第14期344-364,共21页
随着搭载于边缘终端上的图像与视频等数据密集型应用的日益增长,基于传统冯·诺依曼架构的互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)硬件系统正面临着能耗、速度和尺寸等多方面的挑战.神经形态器件包括... 随着搭载于边缘终端上的图像与视频等数据密集型应用的日益增长,基于传统冯·诺依曼架构的互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)硬件系统正面临着能耗、速度和尺寸等多方面的挑战.神经形态器件包括具有存算一体特性的电学阻变器件和具有感存算一体特性的光电阻变器件,因其具有与生物神经系统的高相似度,及其高能效、高集成度、宽带宽等优势,在图像处理应用方面展现出巨大发展潜力.这类器件不仅能够用于加速传统图像低阶预处理和高阶处理中的大量运算,且能用于实现仿生物视觉系统的高效图像处理算法.本文介绍了最近的电学及光电神经形态阻变器件,并结合图像处理算法综述了神经形态阻变器件在图像处理方面的硬件实施和挑战,并对其发展前景提出了思考. 展开更多
关键词 神经形态阻变器件 图像预处理 图像识别
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阻变器件赋能AI时代
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作者 余杰 李超 +2 位作者 张续猛 刘琦 刘明 《中国科学:信息科学》 2025年第4期749-765,共17页
智能化时代,计算任务正从“计算密集型”向“数据密集型”转变,这使得传统冯·诺依曼(von Neumann)架构在算力和能效上面临严峻挑战.阻变器件凭借其高集成密度、高开关速度和低开关能耗等优势,在嵌入式存储、存算融合及类脑计算等... 智能化时代,计算任务正从“计算密集型”向“数据密集型”转变,这使得传统冯·诺依曼(von Neumann)架构在算力和能效上面临严峻挑战.阻变器件凭借其高集成密度、高开关速度和低开关能耗等优势,在嵌入式存储、存算融合及类脑计算等领域展现巨大潜力,为解决传统架构挑战提供了创新路径.本文将讨论阻变器件的基本概念、关键电学特性及应用现状,分析其在先进工艺节点下推动嵌入式存储、存算融合和类脑计算发展的重要作用.特别地,本文将讨论阻变器件在赋能存算融合技术及类脑计算核心单元(如神经元和突触等)中的发展现状和挑战,揭示其对智能计算体系发展的支撑作用,并展望未来发展前景.总而言之,阻变器件凭借其独特的优势,为传统计算系统带来变革性创新,成为助力人工智能时代加速发展的基础器件. 展开更多
关键词 阻变器件 嵌入式存储 存算融合 类脑计算
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基于CeO_(2-x)-TiO_(2)薄膜厚度的数模阻变转换机理
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作者 李子昊 胡利方 +3 位作者 高伟 贾旭 郑植 刘伟 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期141-151,共11页
采用溶胶凝胶法和旋涂工艺在FTO衬底制备阻变层CeO_(2-x)-TiO_(2)薄膜,通过在CeO_(2-x)-TiO_(2)薄膜表面热蒸镀Al电极制备Al/CeO_(2-x)-TiO_(2)/FTO阻变器件,采用XRD和XPS表征CeO_(2-x)-TiO_(2)薄膜的晶相组成和晶体结构。结果表明:阻... 采用溶胶凝胶法和旋涂工艺在FTO衬底制备阻变层CeO_(2-x)-TiO_(2)薄膜,通过在CeO_(2-x)-TiO_(2)薄膜表面热蒸镀Al电极制备Al/CeO_(2-x)-TiO_(2)/FTO阻变器件,采用XRD和XPS表征CeO_(2-x)-TiO_(2)薄膜的晶相组成和晶体结构。结果表明:阻变层中主要由TiO_(2)和CeO_(2-x)组成。与Al/CeO_(2)/FTO器件相比,Al/CeO_(2-x)-TiO_(2)/FTO阻变器件的电学性能得到提升。I-V测试表明Al/CeO_(2-x)-TiO_(2)/FTO器件具有无初始化过程的双极性阻变特性。对不同CeO_(2-x)-TiO_(2)厚度下的阻变器件进行电学分析,研究表明Al/CeO_(2-x)-TiO_(2)/FTO器件在不同CeO_(2-x)-TiO_(2)膜厚下其低阻态呈欧姆导电机制。随着CeO_(2-x)-TiO_(2)厚度的增加,高阻态的阻变机制会发生本质变化,器件的阻变机制从氧空位导电细丝机制转变为缺陷对电荷的捕获/释放机制。研究发现Al/CeO_(2-x)-TiO_(2)界面处的AlO_(x)层是阻变机制转变的关键,AlO_(x)层的增厚使器件从“数字型”转变为“模拟型”。 展开更多
关键词 阻变器件 CeO_(2-x) 导电细丝 TiO_(2) 氧空位
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Al/TiO2异质结对TiO2薄膜阻变行为的影响
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作者 王浩 胡利方 +2 位作者 薛永志 韩伟韬 庞子明 《功能材料与器件学报》 CAS 2019年第2期144-150,共7页
采用溶胶凝胶法和旋涂工艺在FTO导电玻璃表面制备了Ti O2薄膜,通过在Ti O2薄膜表面蒸镀Al电极构建了Al/Ti O2/FTO结构的阻变器件。通过AFM、XRD和拉曼光谱分别研究了Ti O2薄膜的表面形貌、晶相组成和晶体结构。结果表明,Ti O2薄膜表面平... 采用溶胶凝胶法和旋涂工艺在FTO导电玻璃表面制备了Ti O2薄膜,通过在Ti O2薄膜表面蒸镀Al电极构建了Al/Ti O2/FTO结构的阻变器件。通过AFM、XRD和拉曼光谱分别研究了Ti O2薄膜的表面形貌、晶相组成和晶体结构。结果表明,Ti O2薄膜表面平整,晶相结构为锐钛矿结构,I-V测试表明Al/Ti O2/FTO阻变器件表现出无初始化过程的双极性阻变特性。通过与无Al电极的W(探针)/Ti O2/FTO阻变器件进行对比,得到了基于Al/Ti O2界面效应控制的阻变过程和电流传输机制。研究结果表明Al/Ti O2/FTO器件在低阻态下正偏压区间为Pool-Frenkel传导机制,负偏压区间为欧姆导电机制和肖特基发射;在高阻态下则满足陷阱控制的空间电荷限制电流传导机制。W/Ti O2/FTO阻变器件分别是高阻态为缺陷控制的空间电荷限制电流导电机制,低阻态为欧姆导电机制。 展开更多
关键词 阻变器件 TIO2 界面效应 导电细丝
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忆阻器与类脑芯片——访领军人物缪向水教授 被引量:2
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作者 张莹 杜春玲 缪向水 《微纳电子与智能制造》 2019年第4期1-3,共3页
忆阻器被认为是继电阻、电容、电感之后的第4种基本电路元件,这一个概念的提出和实现给传统电路理论带来了根本性的变革。忆阻器在新一代信息技术诸多领域(包括低功耗类脑计算、非易失逻辑运算、信息存储等)有着广阔的应用前景,成为近... 忆阻器被认为是继电阻、电容、电感之后的第4种基本电路元件,这一个概念的提出和实现给传统电路理论带来了根本性的变革。忆阻器在新一代信息技术诸多领域(包括低功耗类脑计算、非易失逻辑运算、信息存储等)有着广阔的应用前景,成为近年来备受关注的新型纳米器件,并引起国内外众多高校、科研机构、业界主要半导体公司的广泛关注和投入。正值华中科技大学蔡少棠忆阻器研究中心成立之际,《微纳电子与智能制造》采访到忆阻器研究中心主任缪向水教授,请缪教授为大家讲述忆阻器相关领域的研究进展,为领域内的研究人员答疑解惑。 展开更多
关键词 类脑芯片 阻变器件 存储器
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新型Ti_(3)C_(2)MXene的化学制备及基于MXene忆阻器特性与机理
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作者 王钰琪 张缪城 +7 位作者 徐威 沈心怡 高斐 朱家乐 万相 连晓娟 许剑光 童祎 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2022年第3期15-22,共8页
阻变器件是一种微电子器件,具有阻值可在两个甚至两个以上的阻态之间重复变化的特点。忆阻器作为新型的阻变器件,具有可连续变化的丰富阻态。近年来因其具备简单的二端结构、高集成度以及低工作电压等特性,在新型非易失性存储以及构建... 阻变器件是一种微电子器件,具有阻值可在两个甚至两个以上的阻态之间重复变化的特点。忆阻器作为新型的阻变器件,具有可连续变化的丰富阻态。近年来因其具备简单的二端结构、高集成度以及低工作电压等特性,在新型非易失性存储以及构建神经形态系统等方面被广泛研究。但其在实现应用的过程中仍存在着稳定性较差等问题。近期一些工作证明了二维材料如氧化石墨烯在优化忆阻器性能方面具备良好的应用潜力。MXene是一种具备类似石墨烯结构的新型二维过渡金属碳/氮化物,因其具备二维层状结构显现出特殊的力学以及电学特性,有望应用于忆阻器中以提高器件的电学性能。在本文中,我们通过化学湿法刻蚀制备了Ti_(3)C_(2)粉末,通过旋涂工艺在忆阻器结构中引入Ti_(3)C_(2)薄膜。Ti_(3)C_(2)MXene与SiO_(2)同时作为忆阻器阻变层,制备了Cu/Ti_(3)C_(2)/SiO_(2)/W结构的忆阻器,并且对其相关电学特性进行了探究。在该器件上,通过实验测得忆阻器典型的开关特性曲线并在双向直流电压下针对高、低阻态的可重复性、稳定性进行了实验。结果表明该器件能够在100个扫描循环过程中保持稳定的高、低阻态达到10^(4) s以上。同时,该器件状态能够受脉冲电压调节,实现突触间典型的双脉冲易化行为。实验结果表明基于Ti_(3)C_(2)MXene的忆阻器将有望应用于构建新兴存储设备以及人工神经形态系统。 展开更多
关键词 阻变器件 湿法刻蚀 MXene 导电特性 导电机理
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