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Dispositivos de transición resistiva volátil VO impulsados por pulsos de voltaje como neuronas artificiales de integración y disparo filtrante

Autores: Xu, Zhen; Bernussi, Ayrton A.; Fan, Zhaoyang

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2022

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Acceso abierto

Artículo científico
2022

Dispositivos de transición resistiva volátil VO impulsados por pulsos de voltaje como neuronas artificiales de integración y disparo filtrante


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Palabras clave

Hardware
Neuromorphic computation system
Nonvolatile memory devices
Artificial synapses
Biological neurons
Resistive change
VO devices
Insulator-to-metal transition
Leaky integrate-and-fire
Pulse-driven
Resistive networks
Granular domain structure
Resistivities
Metallic filament
Insulating state
Driving pulses
Filament formation
Artificial neuronsDispositivos de memoria no volátil
Sinapsis artificiales
Neuronas biológicas
Cambio resistivo
Dispositivos VO
Transición de aislante a metal
Modelo leaky integrate-and-fire
Impulsado por pulsos
Redes resistivas
Estructura de dominio granular
Resistividades
Filamento metálico
Estado aislante
Pulsos de conducción
Formación de filamentos
Neuronas artificiales.

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 31

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
En un sistema de computación neuromórfica basado en hardware, el uso de dispositivos de memoria no volátil emergentes como sinapsis artificiales, que tienen una característica de memoria inelástica, ha atraído considerable interés. En contraste, las neuronas artificiales elásticas han recibido mucha menos atención. Un sistema material ideal que es adecuado para imitar neuronas biológicas es aquel con una propiedad de cambio resistivo volátil (o monoestable). El óxido de vanadio (VO) es un material bien conocido que exhibe una propiedad de transición abrupta y volátil de aislante a metálico. En este trabajo, demostramos experimentalmente que los dispositivos de VO de dos terminales impulsados por pulsos se comportan de manera integrada y disparadora filtrante (LIF), y se relajan elásticamente a su valor inicial después de disparar, imitando así el comportamiento de las neuronas biológicas. El dispositivo de VO con una longitud de canal de 20 um puede ser disparado por un solo pulso de larga duración (>83 us) o múltiples pulsos de corta duración. Además, modelamos los dispositivos de VO como redes resistivas basadas en su estructura de dominio granular, con resistividades correspondientes a los estados aislante o metálico. Los resultados de la simulación confirman que la transición resistiva volátil bajo la conducción de pulsos de voltaje es causada por la formación de un filamento metálico en un proceso tipo avalancha, mientras que este filamento metálico volátil volverá a relajarse al estado aislante al final de los pulsos de conducción. La simulación ofrece una vista microscópica del proceso dinámico y abrupto de formación de filamentos para explicar el comportamiento LIF observado experimentalmente. Estos resultados sugieren que la transición VO aislante-metálica podría ser explotada para neuronas artificiales.

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