三育大学研究人员为下一代忆阻设备打开了大门
忆阻器件是一类能够保留其内阻的器件，因此与使用集成电路的传统器件相比，具有更优越的性能。已经探索了几种材料来制造这些设备。近年来，过渡金属氧化物为此目的逐渐受到广泛欢迎。
由于忆阻器件在人工智能系统等不同领域的应用不断增加，它们现在必须克服与数据保留、耐用性和大量电导状态相关的几个问题。此外，这些设备的单独制造非常耗时。因此，需要解决一些挑战以提高其性能和可靠性。
在韩国三育大学的 Min Kyu Yang 教授最近领导的一项研究中，研究人员开发了一种银 (Ag) 分散硫族化物薄膜，用作忆阻器件中的电阻切换材料。他们的论文于 2023 年 10 月 27 日在线发布，并于 2024 年 1 月 30 日发表在《应用表面科学》 杂志第 6 卷上。
所提出的薄膜有利于“无电成型”工艺(在制造或操作之前不需要电流来诱导化学变化)，从而通过形成有源层来实现低功耗操作。杨教授表示：“我们的硫族化物薄膜中的扩散性银基忆阻器件显示出低功耗，并模仿人脑的并行处理。这使得它适合在交叉阵列中实现，并且在 MNIST(改进的国家标准与技术研究所)手写数字识别数据库中实现了约 92% 的识别率。”
在这项研究中，研究人员利用多种光谱技术来表征薄膜材料，包括高分辨率透射电子显微镜、X射线光电子能谱、俄歇电子能谱和卢瑟福背散射能谱。该团队还分析了各种电极和电阻切换层，以揭示银原子所发挥的重要作用。
即使在 85 ℃ 2 小时的挑战性环境中，该器件也表现出状态保持性和可靠的耐用性。因此，这项研究强调了硫族化物材料增强忆阻器件性能的能力。
目前的技术有望满足增加大数据应用半导体存储容量的需求，而目前兆字节存储单元被认为是不够的。然而，这对管理大量芯片提出了挑战。因此，“神经形态芯片”正在被开发为人工智能系统的下一代半导体。这些芯片需要具备低功耗、紧凑尺寸以及分析人类行为模式的能力等特性。
“采用基于银的扩散忆阻器件结构可能会促进神经形态芯片的发展，这些芯片可以在第四次工业革命市场中找到广泛的应用，包括数据分析、语音识别、面部识别、自动驾驶汽车和物联网，并为正在进行的 5G 通信革命做出贡献。 ”杨教授展望道。
从长远来看，这些忆阻设备的功耗可能适合人脑生物突触建模的应用。它们具有无电铸操作和低功耗的特点，是未来非易失性存储器和人工突触设备的有希望的候选者。
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