偷偷研究路径效应自整流横梁阵列基于新兴记忆性设备gydF4y2Ba

1介绍gydF4y2Ba

最近的尖端应用计算强调转变的必要性与传统计算memory-centric计算(gydF4y2Ba全et al ., 2021gydF4y2Ba)。在传统的计算与处理器作为中央计算单元,数据处理从一个离散的记忆单位转移到处理器gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba数据总线,将限制数据吞吐量的瓶颈,传统的计算。所谓的冯诺依曼瓶颈导致传输速度的限制,增加内存延迟和高功耗(gydF4y2Ba巴克斯,1978gydF4y2Ba)。memory-centric计算旨在解决瓶颈由于固有的电脑设计问题,通过结合处理器与内存单元,以避免数据传输gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba公共汽车。因此,memory-centric计算克服的局限性吞吐量大幅提高能源效率和结果(gydF4y2Ba高et al ., 2015gydF4y2Ba;gydF4y2BaAmrouch et al ., 2021gydF4y2Ba)。作为一个有前途的候选人构建创新memory-centric计算系统,记忆电阻已备受关注,由于其纳米级微型化(gydF4y2Ba谢长廷et al ., 2016gydF4y2Ba;gydF4y2Ba杜et al ., 2017gydF4y2Ba)和低功率消耗(gydF4y2Ba杜et al ., 2015gydF4y2Ba;gydF4y2Ba陈et al ., 2021gydF4y2Ba)。特别是在神经形态计算需要强烈的计算应用程序,例如,深度学习神经网络。memristor-based横梁拓扑已被建议作为一个有前途的解决方案构建神经网络,由于其突出的特征,如可伸缩性、高切换性能,non-volatility和低功耗(gydF4y2Ba杜et al ., 2021 agydF4y2Ba,gydF4y2Ba2015年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba太阳et al ., 2020gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

在近期作品中,记忆性横梁数组(MCA)深入研究了各种类型和不同的应用程序:1-transistor-1-resistor (1 t1r) (gydF4y2Ba李et al ., 2018gydF4y2Ba;gydF4y2Ba姚明et al ., 2020gydF4y2Ba),1-selector-1-resistor (1 s1r) (gydF4y2Ba泰勒et al ., 2021gydF4y2Ba),1-resistor (1 r)。相比1 t1r和1 s1r横梁类型学,1 r被动横梁拓扑利用自整流转换行为的个人记忆性细胞保持其经营业绩而不是依靠外部设备,如晶体管和选择器,导致更多的能耗(gydF4y2Ba2019年,夏gydF4y2Ba)。然而,由于缺少一个开关控制每个细胞,自整流memristor-based 1 r横梁结构遭受偷偷路径电流限制的范围准确操作的横梁阵列(gydF4y2Ba居尔,2019gydF4y2Ba;gydF4y2Baπet al ., 2019gydF4y2Ba)。偷偷路径电流电流gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba平行于目的的不受欢迎的路径,路径,当操作MAC。提出的许多参考资料,例如,(gydF4y2Ba林恩et al ., 2010gydF4y2Ba;gydF4y2Ba2019年,夏gydF4y2Ba)等,从内存的角度来看,实际表现评估MCA的阅读。偷偷路径的深入调查当前的变化对理解阅读纤颤,这凸显了当前偷偷路径研究的必要性1 r被动横梁拓扑。gydF4y2Ba

读操作的被动MCAs基于线性记忆性设备已经被罗斯托克调查et al ., 2007年(gydF4y2Ba罗斯托克和诺尔(2007gydF4y2Ba)。证明了阅读的信息从一个被动的MCA基于线性记忆性设备由于不可避免的溜当前路径问题极具挑战性,可以解决通过引入离散设备,例如,二极管(gydF4y2Ba王et al ., 2013gydF4y2Ba)或阈值选择器(gydF4y2Ba公园et al ., 2015gydF4y2Ba)。作为一个可选择的解决方案,提出了自整流记忆性设备减轻偷偷路径问题不引入外部设备成功地从被动MCAs阅读的信息(gydF4y2Ba2019年,夏gydF4y2Ba)。尤其是阅读利润率分析被动MCAs基于互补记忆性设备(gydF4y2Ba林恩et al ., 2010gydF4y2Ba)已经证明他们的潜力令人沮丧的偷偷路径效应和促进应用程序在大型被动横梁阵列架构。此外,新兴的网络结构与替代运行机制,它有很好的免疫偷偷当前路径的问题,提出了(例如,(gydF4y2Ba崔et al ., 2022gydF4y2Ba))。gydF4y2Ba

摘要偷偷路径效应是基于相对调查1 r的被动srMCAs基于两个记忆性设备表现出两极和补充电阻切换动态,分别。考虑三种不同的阅读计划,即。,the one wordline pull-up (OneWLPU) scheme, the all wordlines pull-up (AllWLPU) scheme and the floating (FL) reading scheme, we concentrate on the analysis of the sneak path current in the srMCA, which is helpful to understand the changes in the read margin. In the worst-case scenario, the current in the unselected, reversed biased region in the FL reading scheme is confirmed as an accurate estimation for the overall sneak path current (but not in the OneWLPU scheme and the AllWLPU scheme), as proved by the simulation of the srMCAs in Cadence Virtuoso. The paper is organized as follows: after the introduction of the two self-rectifying memristive devices, i.e., bipolar and complementary switching memristors and their corresponding current-voltage (电流-电压gydF4y2Ba)特点和数学模型在第二节,偷偷的当前路径gydF4y2BangydF4y2BaxgydF4y2Ba米gydF4y2BasrMCA调查,基于双相情感和记忆性互补设备利用小时和LRS初始化和写作步骤和三个阅读计划(第3节)。3.3节揭示了影响泄漏电流的双相情感记忆性设备中偷偷地路径电流gydF4y2BangydF4y2BaxgydF4y2Ba米gydF4y2BasrMCA。srMCA规模的扩张,累计总偷偷当前路径的选择,逆转偏见地区展览持续提高趋势,仿真结果证实了在3.3节。gydF4y2Ba

2 Mem-BFO和Mem-BiBFO设备的电气特性gydF4y2Ba

2.1数学Mem-BFO和Mem-BiBFO匹配模型gydF4y2Ba

摘要BiFeOgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba(拍频振荡器)记忆性设备表现出双相电阻切换动态和BiFeTiOgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba/ BiFeOgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba(BiBFO)记忆性设备展示介绍了电阻切换动态互补。srMCAs基于双拍频振荡器和补充BiBFO记忆性设备比较研究和分析。示意图草图Au-BFO-Pt / Ti metal-isulator-metal (MIM)结构用力推双拍频振荡器记忆性设备(Mem-BFO)描绘的插图gydF4y2Ba图2一个gydF4y2Ba。两极Mem-BFO相比,补充BiBFO记忆性设备(Mem-BiBFO) Au-BFO-BFTO-Pt / Ti的结构提供了一个额外的BFTO层,表现出的插图gydF4y2Ba图2 bgydF4y2Ba。gydF4y2Ba

Mem-BFO设备制造,多晶拍频振荡器与500纳米的厚度薄膜沉积的脉冲激光沉积(骑士)Pt / Ti / SiOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba/ Si衬底与100 nm / 50 nm厚Pt /钛层,在我们以前的工作(gydF4y2Ba金et al ., 2014gydF4y2Ba;gydF4y2Ba你et al ., 2014一个gydF4y2Ba)。圆盟顶部电极面积10gydF4y2Ba^5gydF4y2BaμgydF4y2Ba米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba和一个150纳米的厚度捏造了直流磁控溅射金属荫罩在室温下使用。利用设备的高度统一的切换性能优秀的耐力和保留属性(gydF4y2Ba杜et al ., 2018gydF4y2Ba;gydF4y2Ba帅et al ., 2018gydF4y2Ba),Mem-BFO引来众多关注和应用研究领域的神经形态计算(gydF4y2Ba杜et al ., 2021 bgydF4y2Ba;gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2015年gydF4y2Ba),可重构的布尔逻辑(gydF4y2Ba你et al ., 2014 bgydF4y2Ba;gydF4y2Ba周et al ., 2015gydF4y2Ba)和硬件安全(gydF4y2Ba杜et al ., 2014gydF4y2Ba;gydF4y2Ba陈et al ., 2021gydF4y2Ba)。的意图在各个领域的深入应用Mem-BFO, Mem-BFO装置的数学模型已经开发和验证与实验电流电压开关特性(gydF4y2BaCederstrom et al ., 2013gydF4y2Ba)。在这部作品中,数学Mem-BFO匹配模型(gydF4y2BaCederstrom et al ., 2013gydF4y2Ba)是由Verilog-A实现节奏大师,并进一步补充Mem-BiBFO设备适应模型。方程和相应的参数集应用于这项工作所示gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

的电流-电压特性Mem-BFO和Mem-BiBFO设备被建模为一个包含一个状态变量方程组gydF4y2BaGgydF4y2Ba,压敏电阻器的极限状态函数gydF4y2BaGgydF4y2Ba_LimgydF4y2Ba和之间的关系gydF4y2BaGgydF4y2Ba,电压和电流。记忆性的状态函数G代表了电导设备,不同的电压和时间。电压依赖的极限状态函数gydF4y2BaGgydF4y2Ba_LimgydF4y2Ba是一个简单的指数函数,饱和遵循基本原则gydF4y2BaGgydF4y2Ba=gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba⋅(gydF4y2BaGgydF4y2Ba_LimgydF4y2Ba−gydF4y2BaGgydF4y2Ba)。Mem-BFO模型中,对数函数限制非负的导数值正电压偏差,而对于负电压切换的指数函数作为阈值。Mem-BiBFO装置的滞回行为都可以找到积极的偏差范围和负偏差范围。因此,Mem-BiBFO在相应的匹配模型,两个互补的gydF4y2BaGgydF4y2Ba_LimgydF4y2Ba条件是采用限制当前值偏差范围。Mem-BiBFO模型中,模型方程在负偏压范围被定义为一个镜像方程的正偏压范围内。Mem-BFO Mem-BiBFO,数学模型的各种参数赋予不同的开关动力学建模的记忆性设备如下:gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_ggydF4y2Ba和gydF4y2BabgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba限制最大电导Mem-BFO可能,这表明整体电导率;gydF4y2BakgydF4y2Ba_ngydF4y2Ba和gydF4y2BakgydF4y2Ba_pgydF4y2Ba规模目前水平分别为负偏差范围和积极的偏差范围内,这表明在势垒高度上电极(TE)区域和底部电极(是)记忆性设备的地区;gydF4y2BargydF4y2Ba_{年代gydF4y2Ba}和gydF4y2BaggydF4y2Ba_pgydF4y2Ba表达两个记忆性的寄生电阻模型,等所有参数利用数学方程和相应的拟合值在表中列出gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba。不同的联立方程在积极和消极偏差范围提供的自整流转换行为Mem-BFO Mem-BiBFO装置经中所示的电流电压特性gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

2.2 Mem-BFO的电流-电压特性和Mem-BiBFO细胞被动的横梁gydF4y2Ba

Mem-BFO上述数学模型,采用Mem-BiBFO被动横梁拓扑调查偷偷路径问题。由于自整流Mem-BFO和Mem-BiBFO设备特点,一个被动的横梁结构没有任何晶体管是圆盾,即。,srMCAs。这种拓扑提供了一个更高的存储密度比1 t1r横梁拓扑(gydF4y2Ba2019年,夏gydF4y2Ba)。所有的模拟执行节奏艺术大师。gydF4y2Ba

在增加电压源,也就是说。,0 V → 6 V → -6 V → 0 V, the Mem-BFO and the Mem-BiBFO in the 4 × 4 srMCA exhibit the bipolar and complementary rectifying switching dynamics, respectively, as demonstrated in图2gydF4y2Ba与电流的方向流经记忆性设备:1→2→3→4。通过应用大积极输入偏置,例如,+ 6 V,非盟Mem-BFO TE,设备切换到低电阻状态(LRS),即低电阻状态正偏压范围/高阻状态在负偏压范围(赢/ NHRS)。这个过程被认为是设置过程,因此赢钱或NHRS电阻状态可以分别记录在小阅读偏见,即。,+ 2 V或−2 V。采购大负输入电压,如−6 V,非盟TE, Mem-BFO可以切换到高阻状态(小时),即,high resistance state in positive bias range/high resistance state in negative bias range (PHRS/NHRS), and the switching process is identified as RESET process. Thus, the PHRS or NHRS resistance state can be recorded respectively at the small reading bias, i.e., +2 V or −2 V. In comparison to the Mem-BFO, the Mem-BiBFO locates in the HRS, i.e., PHRS/NLRS, by sourcing large negative input voltage, e.g., −6 V, to the Au TE. By applying large positive input bias, e.g. +6 V, to the Au TE of Mem-BiBFO, the Mem-BiBFO is switched to LRS, i.e., PLRS/NHRS, as with the Mem-BFO. As revealed in图2一个gydF4y2Ba,模拟磁滞的正偏压范围内可辨认的gydF4y2Ba电流-电压gydF4y2BaMem-BFO的特性。它揭示了双相自整流非线性Mem-BFO的交换行为。双极电阻切换机制的拍频振荡器中观察到薄膜可以解释修改的肖特基势垒BFO-Pt底部接口应用下的漂移的带电氧气空位大电场在写作步骤(gydF4y2Ba你et al ., 2015gydF4y2Ba;gydF4y2Ba杜et al ., 2018gydF4y2Ba)。骑士在制造过程中,由于高温,扩散到拍频振荡器的钛层接近地区(gydF4y2Ba你et al ., 2014一个gydF4y2Ba)。拍频振荡器/ Pt界面的肖特基势垒高度影响的扩散四价拍频振荡器氧化层,即。,固定置换捐助者。因此,灵活的肖特基势垒高度造成的捕获和detrapping移动固定置换氧气空位的捐助者在TE的积极或消极的写作倾向导致的特别优秀的保留属性Mem-BFO双相gydF4y2Ba电流-电压gydF4y2Ba的特点。Mem-BiBFO,模拟开关滞后存在正负偏差范围内gydF4y2Ba电流-电压gydF4y2Ba特征,这表明互补自整流非线性Mem-BiBFO的交换行为,如所示gydF4y2Ba图2 bgydF4y2Ba。补充gydF4y2Ba电流-电压gydF4y2BaMem-BiBFO的特点是由两个灵活的肖特基势垒高度造成的织物和detrapping移动固定置换氧气空位的捐助者接近区域和TE区域。gydF4y2Ba

在下一节中,一个srMCA大小4×4,高亮显示gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba蓝色背景,选为出发点探讨偷偷当前路径问题在不同初始条件下和阅读计划。随后,srMCA扩展到64×64。以下假设采用在调查偷偷路径电流问题srMCAs基于Mem-BFO Mem-BiBFO: 1) Cycle-to-cycle (C2C)和设备间(D2D)可变性Mem-BFO和Mem-BiBFO设备被忽视。2)互补gydF4y2Ba电流-电压gydF4y2BaMem-BiBFO特点,赢钱的正偏压范围和NLRS负偏压范围被认为是相同的。事实上,赢钱和NLRSgydF4y2Ba电流-电压gydF4y2BaMem-BiBFO略有不对称的特性对电压极性由于不同的肖特基势垒的高度在TE和接口。srMCA模拟,故意修改模型参数生成相同的赢钱和NLRS互补gydF4y2Ba电流-电压gydF4y2Ba不完美的对称的特点,以避免影响赢钱和NLRSgydF4y2Ba电流-电压gydF4y2Ba特征在Mem-BiBFO偷偷当前评估路径。gydF4y2Ba

3位图分析Mem-BFO Mem-BiBFO srMCAs为基础gydF4y2Ba

3.1小时和LRS初始化操作程序gydF4y2Ba

如的srMCAs所示gydF4y2Ba米gydF4y2BaxgydF4y2BangydF4y2Ba维度1 r配置的gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba(gydF4y2Ba米gydF4y2Ba=gydF4y2BangydF4y2Ba= 4),自整流记忆性细胞排列在被动矩阵配置中,在无记忆性矩阵的每一行横向连接在一起,喜神贝斯记忆性矩阵的每一列列纵向组装在一起。利用正交线,称为wordlines (WLs),即,水平相交线,bitlines (BLs),即,分别垂直相交线。1 r配置,不应用于系列晶体管与每个记忆性细胞。有三个操作步骤应用于被动srMCAs偷偷路径评价当前:初始化,写作和阅读。gydF4y2Ba

初始化步骤分为HRS-initializing(小时gydF4y2Ba^inigydF4y2Ba)和LRS-initializing (LRS)gydF4y2Ba^inigydF4y2Ba)。在小时gydF4y2Ba^inigydF4y2BasrMCA中,所有的记忆性设备切换到小时通过应用大负输入偏置,例如,−6 V,非盟tegydF4y2Ba通过gydF4y2BaWLs,同时保持劳工统计局接地,如所示gydF4y2Ba图3一gydF4y2Ba用红色背景。在LRSgydF4y2Ba^inigydF4y2Ba采购大量积极的输入电压,例如,+ 6 V, WLs和劳工统计局接地,然后转向LRS所有记忆性设备,在gydF4y2Ba图3 bgydF4y2Ba用红色背景。gydF4y2Ba

在写作步骤中,记忆性设备的右上角srMCA被激活为最坏的情况。由于物理距离最远的西城和提单上的电压源,所选择的记忆性细胞遭受最大的寄生电阻丝在最坏的情况。所有剩余没有记忆性细胞srMCA仍然保持最初的电阻状态,这是相反的选择记忆性细胞的电阻值。小时后gydF4y2Ba^inigydF4y2Ba初始化步骤,LRSgydF4y2Ba^wgydF4y2Ba应用写作步骤,而LRSgydF4y2Ba^inigydF4y2Ba初始化步骤是紧随其后的是小时gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba写作步骤。在这种最糟糕的情况,是最具挑战性的记录的小时和LRS选中的单元格的最大化寄生泄漏电流通过没有记忆性细胞。这意味着,最坏的情况公开准确操作的最低性能限制范围在横梁拓扑。因此,在这部作品中,srMCA研究在最坏的情况。gydF4y2Ba

图3一gydF4y2Ba说明了应用电压小时计划gydF4y2Ba^inigydF4y2Ba和LRSgydF4y2Ba^wgydF4y2Ba。在LRSgydF4y2Ba^wgydF4y2Ba在写作步骤gydF4y2Ba图3一gydF4y2Ba蓝色背景,选择记忆性细胞分别转向LRS利用地面上相应的选择西城和+ 6 V的选择与所有剩下的提单没有WLs和劳工统计局保持浮动为了缓解偷偷路径电流。gydF4y2Ba图3 bgydF4y2Ba说明了应用电压偏差在WLs和LRS劳工统计局gydF4y2Ba^inigydF4y2Ba和小时gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba。在小时gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba写作步骤,分别选中的记忆性细胞逆转的小时辅助应用−6 V相应的选择西城和地面上所选的提单。所有没有WLs和劳工统计局保持漂浮。小时的应用gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba和LRSgydF4y2Ba^wgydF4y2Ba,研究阅读计划分为三个不同的拓扑模式:OneWLPU, FL,和AllWLPU阅读计划,根据应用的电压偏差在未经选择的WLs演示gydF4y2Ba图3 cgydF4y2Ba。OneWLPU阅读计划简单的实现和低功耗特性,在电路实现最广泛的阅读计划(gydF4y2Ba金正日et al ., 2015gydF4y2Ba)。OneWLPU阅读计划,选择记忆性的记录数据提取设备通过应用2 V阅读偏见所选的王在选定的提单和地面,未选中的WLs停飞,没有被选中的劳工统计局保持漂浮。相比OneWLPU阅读计划,FL阅读计划减少偷偷路径电流由于浮动没有被选中的WLs。AllWLPU阅读计划,偷偷路径电流进一步减少了应用在未经选择的WLs阅读2 V电压。然而,同时应用在所有WLs将不可避免地提高阅读2 V电压显著功耗。gydF4y2Ba

3.2分析srMCAs基于位图的Mem-BFO Mem-BiBFOgydF4y2Ba

为研究偷偷路径影响,小时gydF4y2Ba^inigydF4y2Ba/ LRSgydF4y2Ba^wgydF4y2Ba和LRSgydF4y2Ba^inigydF4y2Ba/小时gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba过程中演示了gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba执行基于双极Mem-BFO srMCAs和互补Mem-BiBFO。gydF4y2Ba

在小时gydF4y2Ba^inigydF4y2Ba初始化步骤中,电压值在每个记忆性细胞4×4 srMCAs基于Mem-BFO和Mem-BiBFO−6 V,和当前值−6.48⋅10gydF4y2Ba^8gydF4y2Ba和−1.53⋅10gydF4y2Ba^5gydF4y2Ba分别一个。相反,在LRSgydF4y2Ba^inigydF4y2Ba初始化步骤中,电压值在每个记忆性细胞在4×4 srMCAs + 6 V,和当前值等于1.53⋅10gydF4y2Ba^5gydF4y2Ba一个。gydF4y2Ba

初始化步骤后,LRSgydF4y2Ba^wgydF4y2Ba和小时gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba写作步骤上实现所选择的记忆性细胞在右上角。在gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba电压和电流,相应的位图从srMCAs大小的4×4记录基于Mem-BFO srMCA和Mem-BiBFO srMCA,分别。证明了在gydF4y2Ba图4 a, BgydF4y2Ba,在LRSgydF4y2Ba^wgydF4y2Ba和小时gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba写作步骤,四个电压/电流的srMCA区域识别的根据相应的电压/电流colorbar:选定的细胞,semi-selected区域1(的交集区域WL1 b11, 2, 3,标有蓝色圆),未选中的区域2 (WL2的交集区域3 4 b11, 2, 3,标有绿色圆圈),和semi-selected地区3 (WL2的交叉区域,3、4和曲差,标志着棕色的圆)。注意,同一地区的电压和电流的值保持不变的省略C2C和Mem-BFO D2D可变性和Mem-BiBFO数学模型。gydF4y2Ba

通过应用写作+ 6 V的电压6 V在LRS选中的单元格gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba写作步骤和小时gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba写作步骤,周围偷偷路径生成当前选中的单元从所选王接地选择提单gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba许多偷偷路径。偷偷路径电流的流动方向由电压/电流的符号表示值的电压/电流的位图gydF4y2Ba图4 a, BgydF4y2Ba。因此,例如,在LRSgydF4y2Ba^wgydF4y2Ba写作步骤,偷偷路径电流的流动方向显示下列顺序:gydF4y2Ba

1)从TE的记忆性细胞semi-selected地区1,gydF4y2Ba

2)是TE的记忆性细胞在未经选择的区域2,gydF4y2Ba

3)从TE的记忆性细胞semi-selected地区3所示。gydF4y2Ba

这样偷偷路径的存在,大多数密友srMCA选中的单元格是验证了电压的电压分布在LRS位图gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba和小时gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba写作步骤gydF4y2Ba图4一gydF4y2Ba(Mem-BFO)和gydF4y2Ba图4 bgydF4y2Ba(Mem-BiBFO)。例如,绝对值之和在周围的三个区域选择细胞数量对选中的单元格应用写作的偏见,例如在LRSgydF4y2Ba^wgydF4y2Ba基于Mem-BFO srMCA的写作步骤gydF4y2Ba图4一gydF4y2Ba:| | + 6 V = | + 1.42 V | + | -2.99 | + | | + 1.59 V。gydF4y2Ba

所示gydF4y2Ba图4一gydF4y2Ba基于Mem-BFO srMCA,电压值在LRS区域2gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba写作步骤超过电压值在区域2小时gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba写作步骤。这种效果是由于初始化NHRS和记忆性细胞区域2中赢下正面和负面的偏见,分别。相比之下,基于Mem-BiBFO srMCA,绝对在LRS电压值gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba写作步骤gydF4y2Ba图4 bgydF4y2Ba在所有四个区域相对接近的绝对电压值下的小时gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba写作步骤,这是由初始化NLRS和记忆性细胞区域2中赢钱在正面和负面的偏见,分别。gydF4y2Ba

通过应用写作+ 6 V和−6 V的电压在LRS选中的单元格gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba和小时gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba写作步骤,分别在两种基于Mem-BFO srMCAs Mem-BiBFO,最高的绝对写当前位于所选单元格的右上角srMCA,见的当前位图gydF4y2Ba图4 c, DgydF4y2Ba。LRS的证明在当前位图gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba和小时gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba在基于Mem-BFO srMCAs Mem-BiBFOgydF4y2Ba图4 c, DgydF4y2Ba分别在区域1和区域三个当前值相等,应对称横梁电路拓扑。的当前值最小对应的当前位图,区域2中的反向电流限制偷偷路径电流一般,这表明溜当前路径的瓶颈。然而,随着中演示gydF4y2Ba图4 dgydF4y2Ba在地区,当前值基于Mem-BiBFO srMCA LRS 2gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba和小时gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba基于Mem-BFO srMCA大大超过。在LRSgydF4y2Ba^wgydF4y2Ba写作步骤,Mem-BiBFO NLRS细胞区域2中,虽然Mem-BFO细胞位于NHRS区域2。因此,尽管区域2中更高的电压值应用于Mem-BFO细胞比Mem-BiBFO细胞,地区2中的当前值较高的Mem-BiBFO细胞。在小时gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba情况下,Mem-BFO细胞和Mem-BiBFO细胞区域2中转向赢钱。因此,较高的写作的当前区域2 Mem-BiBFO细胞Mem-BFO相比细胞是由较大的电压降在区域2 Mem-BiBFO细胞。gydF4y2Ba

小时的应用gydF4y2Ba^inigydF4y2Ba/ LRSgydF4y2Ba^wgydF4y2Ba和LRSgydF4y2Ba^inigydF4y2Ba/小时gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba通过单个细胞过程,当前每个地区顺序记录通过使用三种不同的阅读计划:FL, OneWLPU, AllWLPU,一直在gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba。C2C和D2D忽视在这项研究中,记录电压/电流的值通过每个地区的单个细胞是相同的(gydF4y2Ba图4 a, BgydF4y2Ba)。因此,每个地区的电压/电流的值代表策划对阅读计划:OneWLPU, FL和AllWLPU见gydF4y2Ba图5gydF4y2Ba。的电压值gydF4y2Ba图5 a, BgydF4y2Ba和当前值gydF4y2Ba图5 cgydF4y2Ba和gydF4y2Ba图5 dgydF4y2Ba记录从选中的单元格(红色方块),区域1(蓝色指三角形),区域2(绿色圆圈),区域3(橙色down-pointing三角形)。gydF4y2Ba

表示在gydF4y2Ba图5 a, BgydF4y2Ba,在选择阅读电压细胞2 V在每一个阅读计划由于采购2 V所选王根据申请采购的分布电压中演示gydF4y2Ba图3 cgydF4y2Ba。尽管导线电阻的值10Ω之间TE的记忆性细胞WLs和记忆性细胞之间是劳工统计局几乎被添加到srMCA模拟,总电阻丝(相当于40Ω)连接到TE和被选中的记忆性细胞的4×4 srMCA可以忽略不计,相比的电阻选择记忆性细胞,即。,45岁gydF4y2Ba米gydF4y2Ba小时和0.9ΩgydF4y2Ba米gydF4y2Ba在LRSΩ。因此,4×4 srMCA仿真,选择记忆电阻上的电压降细胞相当于2 V的三个阅读计划,作为证明gydF4y2Ba图5 a, BgydF4y2Ba。每个地区的电压值取决于应用采购电压在不同阅读计划和每个记忆性细胞的电阻状态,已定义的初始化和写作步骤。证明了在gydF4y2Ba图5 a, BgydF4y2Ba区域2中,电压值和区域三个是提高Mem-BFO和基于Mem-BiBFO srMCAs对阅读计划:OneWLPU, FL, AllWLPU描绘的gydF4y2BaxgydF4y2Ba设在。相比之下,区域1的电压值下降。gydF4y2Ba

由于电阻状态phr / NLRS Mem-BiBFO semi-selected和没有记忆性细胞见gydF4y2Ba图2 bgydF4y2Ba,电压值记录从基于Mem-BiBFO srMCA LRS之后gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba不仅是不同的情况下的基于Mem-BiBFO srMCA小时吗gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba,但也的情况下基于Mem-BFO srMCAs后小时gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba和LRSgydF4y2Ba^wgydF4y2Ba。LRS后Mem-BiBFO细胞gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba躺在NLRS负偏压下,而Mem-BiBFO细胞后小时gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba和Mem-BFO细胞(小时后gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba或LRSgydF4y2Ba^wgydF4y2Ba)躺在NHRS负偏压下。这种差异在负偏压下的电阻状态的设备范围导致此类特殊电压分布。gydF4y2Ba

当前位图在每个地区对于OneWLPU, FL, AllWLPU阅读计划中相应的较低的子图中所示gydF4y2Ba图5 cgydF4y2Ba(Mem-BFO)和gydF4y2Ba图5 dgydF4y2Ba(Mem-BiBFO)。srMCA模拟,应用写作步骤之后,当前通过顺序记录每个记忆性细胞利用三种不同的顺序阅读计划的FL→OneWLPU→AllWLPU。因此,选择的记忆性细胞的电阻状态取决于应用的顺序阅读计划,导致记录不全同的电流通过选中的单元格的三个阅读计划,作为证明gydF4y2Ba图5 c, DgydF4y2Ba。然而,尽管受到影响的顺序应用阅读计划,记录电流的差异在LRS和小时的选定的细胞可以区分。gydF4y2Ba

区域1和区域2中读取当前值均表现出持续下行趋势LRS srMCAs的类型gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba和小时gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba,这表明持续抑制偷偷路径效应而修改阅读计划。相反,阅读当前地区三两srMCAs展览持续上升趋势,由于极端的影响由采购/连接可能在未经选择的WLs不同的阅读计划。OneWLPU和AllWLPU阅读计划,TE之间的电压差和细胞在地区三个0和2 V,分别。应用2 V选定的细胞激发最大LRS后读取当前选定的细胞gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba写作对于srMCAs,而小时后gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba写作,最大读电流发生在区域3 AllWLPU阅读计划。这些地区最大读电流后3小时gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba写作是获得的记忆性细胞在地区三赢钱而选择在phr细胞。因此,在相同的阅读2 V电压值选择的细胞和细胞在地区三个AllWLPU阅读计划,更多的电流通过记忆性细胞地区三个比选择的细胞,从而导致不正确的读操作AllWLPU阅读计划。注意,在从srMCA阅读信息的电路设计,总电流gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba提取选定的提单由传感放大器连接到所选的提单,在最坏的情况。AllWLPU阅读计划,感应电流gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba选中的提单是由当前的主导gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba选定的细胞和gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba细胞在区域3中,通过应用WLs 2 V。因此,感应电流gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba小时后选定的提单gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba写作(即由当前的主导gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba所选的小时细胞gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba初始化LRS细胞区域3)明显大于LRS后的感应电流gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba写作,(即由当前的主导gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba所选的LRS细胞gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba小时细胞区域3),导致阅读失败。在这样的情况下,偷偷路径电流区域1和区域2中强烈压抑,由于电压响应区域1和区域2接近0 V。gydF4y2Ba

表1gydF4y2Ba总结了当前选中的单元格(我gydF4y2Ba_{选定的单元格gydF4y2Ba})和总电流(包括偷偷电流)流经选中的提单(我gydF4y2Ba_{提单gydF4y2Ba})基于Mem-BFO和Mem-BiBFO srMCAs所有三个阅读计划。之间的比例最高读出当前选中的单元格,即。,我的比率gydF4y2Ba_{选定的单元格gydF4y2Ba}获得LRSgydF4y2Ba^wgydF4y2Ba和小时gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba模式,得到了在FL阅读方案这两种类型的srMCAs由于抑郁中偷偷路径电流FL阅读计划。基于srMCA Mem-BFO相比,我的流动比率gydF4y2Ba_{选定的单元格gydF4y2Ba}OneWLPU和FL阅读计划在Mem-BiBFO srMCA略有减少。AllWLPU流动比率的阅读计划,相比之下,强烈降低由于明显的增强偷偷路径电流造成的互补切换动态Mem-BiBFO设备。此外,在选定的提单记录电流之间的比例,例如我gydF4y2Ba_{提单gydF4y2Ba},低于srMCAs AllWLPU阅读计划,表明阅读失败。从寄生电流读取失败的结果gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba地区3为2 V的电池是应用于所有WLs AllWLPU阅读计划。这种寄生电流支配着我gydF4y2Ba_{提单gydF4y2Ba}。因此,我gydF4y2Ba_{提单gydF4y2Ba}在小时gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba情况下,主要取决于当前通过初始化LRS细胞区域3,比我高gydF4y2Ba_{提单gydF4y2Ba}在LRSgydF4y2Ba^wgydF4y2Ba情况下,通过选择与当前细胞gydF4y2Ba_{选定的单元格gydF4y2Ba}。此外,由于高电流在FL地区三个阅读计划,我的流动比率gydF4y2Ba_{提单gydF4y2Ba}明显减少了在这两种类型的srMCAs,相比当前的比例吗gydF4y2Ba_{选定的单元格gydF4y2Ba}。相比之下,目前我的比率gydF4y2Ba_{选定的单元格gydF4y2Ba}和我gydF4y2Ba_{提单gydF4y2Ba}可比OneWLPU阅读计划以来都偷偷路径电流流经没有WLs而不是选择的提单。gydF4y2Ba

作为结论,揭示了gydF4y2Ba图5 c, DgydF4y2Ba区域2中,绝对的当前值是最小的与其他地区相比,这表明当前偷偷路径的瓶颈,它能够被视为偷偷路径的最精确的估计效果。尽管AllWLPU方案读取失败,说明,由于抑郁中偷偷路径电流FL阅读计划,读出电流之间的比率在LRS选中的单元格gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba和小时gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba配置是更明显相比OneWLPU阅读计划(gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba)。然而,由于大电流区域3在FL阅读计划,当前记录之间的流动比率在选定的提单,指示srMCA的内存窗,显著降低在Mem-BFO和Mem-BiBFO srMCA为基础。gydF4y2Ba

3.3分析srMCAs偷偷路径问题的基于Mem-BFO 64×64gydF4y2Ba

探索的影响泄漏电流的负偏压范围Mem-BFO细胞偷偷地在srMCAs的实现路径效果,偷偷路径电流srMCA记录各种泄漏电流的单个细胞水平。gydF4y2Ba图6gydF4y2Ba描述了gydF4y2Ba米gydF4y2BaxgydF4y2BangydF4y2Ba维度的srMCA, m = n。提单当前值沿着西城每次提单后过1到n - 1被定义为我gydF4y2Ba_{SC-BL (1)gydF4y2Ba}都给我gydF4y2Ba_{SC-BL (n - 1)gydF4y2Ba}标有箭头,逐渐暗淡的绿色gydF4y2Ba图6gydF4y2Ba。颜色梯度从浅绿色到深绿色代表当前的不断积累。总电流选择srMCA被定义为我的提单gydF4y2Ba_{提单gydF4y2Ba}上有一个红色箭头,。gydF4y2Ba

通过修改参数gydF4y2BakgydF4y2Ba_ngydF4y2BaMem-BFO装置的数学模型,泄漏电流的负偏压范围修改。的最大负泄漏电流选择k值实现gydF4y2Ba_ngydF4y2Ba= 1⋅10gydF4y2Ba^6gydF4y2Ba,展示了gydF4y2Ba图6 bgydF4y2Ba。gydF4y2Ba图6 cgydF4y2Ba揭示了偷偷路径之间的关系目前在区域2(红色)对模型参数kgydF4y2Ba_ngydF4y2Ba(x轴)的三个阅读计划。广场、圆形和三角形符号代表OneWLPU, FL, AllWLPU阅读方案,分别在LRS之后gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba(虚线)和小时gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba(实线)。通过修改参数gydF4y2BakgydF4y2Ba_ngydF4y2Ba越明显的泄漏电流的负偏压范围导致当前地区更明显溜路径2 OneWLPU和FL阅读计划所显示的当前曲线与红色gydF4y2Ba图6 cgydF4y2Ba。随着gydF4y2BakgydF4y2Ba_ngydF4y2Ba之间的电压差TE和记忆性的是设备在区域2(黑色曲线)显示一个下降的趋势OneWLPU和FL阅读计划。在所有阅读计划,应用反向电压偏差对记忆性细胞在区域2中演示gydF4y2Ba图5gydF4y2Ba。因此,相比gydF4y2BakgydF4y2Ba_ngydF4y2Ba= 10gydF4y2Ba^6gydF4y2Ba,电阻值gydF4y2BakgydF4y2Ba_ngydF4y2Ba= 10gydF4y2Ba^8gydF4y2Ba显著增强是由于较低的负偏压下泄漏电流,从而导致更高的负面反应偏差在区域2中。在展出gydF4y2Ba图6 cgydF4y2BaMem-BFO细胞上的电压分布地区2保持0 V,从而导致忽略读取当前AllWLPU阅读计划。srMCA调查偷偷路径效应的各种数组大小从4×4到64×64的参数gydF4y2BakgydF4y2Ba_ngydF4y2Ba设置为10gydF4y2Ba^8gydF4y2Ba和FL阅读方案获得最低偷偷路径选择目前在区域2中,相比OneWLPU阅读计划。此外,作为证明gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba,流动比率最高的两个读当前值gydF4y2Ba通过gydF4y2BaLRS中选定的细胞gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba和小时gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba配置位于FL srMCAs阅读计划,标志着FL阅读计划的优势。这个结果激励选择FL阅读计划进行进一步的研究。gydF4y2Ba

中所描绘的一样gydF4y2Ba图6 dgydF4y2Ba,我的总电流gydF4y2Ba_{提单gydF4y2Ba}通过选定的提单在FL阅读计划LRS后显示为红色的曲线gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba(虚线)和小时写作步骤gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba写作步骤(实线)。我的上升趋势gydF4y2Ba_{提单gydF4y2Ba}证明了增强总偷偷的路径电流与扩大横梁尺寸。这样的结论是一致的与裁判工作。gydF4y2Ba2019年,夏gydF4y2Ba),更重要的偷偷路径效应存在于srMCA 1 m位能力,相比10位的能力。证明了在gydF4y2Ba图6 dgydF4y2Ba相比之下,我gydF4y2Ba_{提单gydF4y2Ba}在LRSgydF4y2Ba^wgydF4y2Ba配置中,我gydF4y2Ba_{提单gydF4y2Ba}的小时gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba配置增大更明显。LRS后gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba写作步骤,选中的单元格是转向LRS,阅读当前选中的单元格的FL阅读计划主导着我gydF4y2Ba_{提单gydF4y2Ba}。因此,扩大的横梁尺寸,我gydF4y2Ba_{提单gydF4y2Ba}不受增强溜路径影响当前和仍然是相同的。相比与LRS srMCA的实现gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba配置,小时后在FL阅读计划gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba我写作步骤,gydF4y2Ba_{提单gydF4y2Ba}影响明显增强溜路径电流和描绘了一个持续的上升趋势的扩大横梁尺寸,在吗gydF4y2Ba图6 dgydF4y2Ba。gydF4y2Ba

前面所描述的仿真结果srMCA大小4×4,偷偷路径电流流经区域2中每个单元被监控,显示一个相同的值。为了深入调查srMCA偷偷路径的影响,电流gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba每个提单后王穿越1到n - 1,例如我gydF4y2Ba_{SC-BL (1)gydF4y2Ba}都给我gydF4y2Ba_{SC-BL (n - 1)gydF4y2Ba}都会被记录下来。这些洋流标有箭头在逐渐暗淡的绿色gydF4y2Ba图6gydF4y2Ba。颜色梯度从浅绿色到深绿色代表了偷偷的不断积累没有西城路电流。gydF4y2Ba

在srMCA各种维度gydF4y2Ba米gydF4y2BaxgydF4y2BangydF4y2Ba(从4×4,8×8…64×64),偷偷的路径目前每个劳工统计局编号从1到n - 2后,即从我gydF4y2Ba_{SC-BL (1)gydF4y2Ba}都给我gydF4y2Ba_{SC-BL (n - 2)gydF4y2Ba}、记录和标有圆形和三角形象征符号代表了当前累积在西城,例如我gydF4y2Ba_{SC-BL (n - 1)gydF4y2Ba},在gydF4y2Ba图6 dgydF4y2Ba写了两步后,即LRSgydF4y2Ba^wgydF4y2Ba(虚线)和小时gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba(实线)。证明了在gydF4y2Ba图6 dgydF4y2Ba同一横梁尺寸下,积累了当前在每个西城,例如我gydF4y2Ba_{SC-BL (n - 1)gydF4y2Ba},保持不变。随着提单编号,我gydF4y2Ba_{SC-BLgydF4y2Ba}提高,即从我gydF4y2Ba_{SC-BL (1)gydF4y2Ba}都给我gydF4y2Ba_{SC-BL (n - 1)gydF4y2Ba},由于不断积累偷偷路径电流相应的王。在同一srMCA西城,我gydF4y2Ba_{SC-BL (1)gydF4y2Ba}和我gydF4y2Ba_{SC-BL (n - 1)gydF4y2Ba}表明最弱和最明显偷偷路径电流,与最低的圆形和三角形符号标记gydF4y2Ba图6 dgydF4y2Ba,分别。通过修改srMCA大小从4×4到64×64小时后gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba和LRSgydF4y2Ba^wgydF4y2Ba写作步骤,偷偷积累路径电流没有西城,即。,我gydF4y2Ba_{SC-BL (n - 1)gydF4y2Ba}描绘一个持续上升的趋势,这表明增加偷偷路径电流与增加横梁的大小。然而,最弱的电流i偷偷路径gydF4y2Ba_{SC-BL (1)gydF4y2Ba}展览持续下行趋势与横梁尺寸的增加,这是由于在单个细胞的减少电压降在区域2中。gydF4y2Ba

4结论gydF4y2Ba

在这部作品中,偷偷当前路径问题是相对调查1 r被动srMCAs基于双极和互补的记忆性设备在LRS的应用gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba和小时gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba写作步骤。考虑最坏的情况下,三个阅读方案调查:OneWLPU, AllWLPU, FL阅读计划。尽管读操作失败AllWLPU阅读计划,从选择读取当前细胞之间的比率在LRS之下gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba和小时gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba配置更明显相比OneWLPU阅读计划由于抑郁中偷偷路径电流FL阅读计划。此外,FL阅读计划,电流流经区域2,即。,the unselected, reversed biased region, is the smallest in comparison to the other regions, which indicates the bottleneck of all possible sneak paths within the srMCAs. Hence, it is capable of being considered as an accurate estimation for the practical sneak path current in both type of srMCAs. In comparison to the bipolar Mem-BFO based srMCAs, the sneak path effect is only slightly increased in the Mem-BiBFO based srMCAs, which indicates that the sneak path current is also efficiently depressed by the complementary switching dynamics of the Mem-BiBFO cells. By expanding the crossbar size of the Mem-BFO based srMCA up to 64 × 64, the accumulated sneak path current at the BL of the selected cell is strongly enhanced upon the HRS ^wgydF4y2BaLRS配置,而仅略有增加gydF4y2Ba^wgydF4y2Ba当前配置,尽管偷偷路径2个人记忆性细胞地区正在下降。因此,结果表明,高溜路电流的大规模srMCA结果从横梁尺寸增加更多的前景偷偷路径的可能性。gydF4y2Ba

明确研究的贡献偷偷路径的当前问题1 r被动srMCAs这项工作在于提供一个准确的理解阅读优势利用中偷偷路径电流semi-selected和未选中的记忆性区域不引入外部打开电阻。比较偷偷路径研究在双极和补充基于忆阻器的srMCAs多样化的阅读计划为未来提供了有益的参考和可行的解决方案的优化srMCA设计为了减轻偷偷路径问题。gydF4y2Ba

数据可用性声明gydF4y2Ba

原始数据支持了本文的结论将由作者提供,没有过度的预订。gydF4y2Ba

作者的贡献gydF4y2Ba

所有作者列出了一大笔,直接和知识贡献的工作,批准发布。gydF4y2Ba

资金gydF4y2Ba

这项工作是支持的德国研究基金会(DFG)项目MemDPU(格兰特Nr。DU 1896/3-1)和MemCrypto(格兰特Nr DU 1896/2-1)。SM, FL和CB,承认资金的支持下的脱硫格兰特SFB 917和部分由联邦教育部和研究(BMBF、德国)通过项目NEUROTEC二16 me0398k和me0399格兰特的数字。我们承认支持的开放获取出版基金Thueringer Universitaets-und Landesbibliothek耶拿项目没有。433052568。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

作者承认在你开Jan Pauliuk技术支持在节奏大师和Matlab编程仿真工具。gydF4y2Ba

的利益冲突gydF4y2Ba

作者FL, SM和RW受雇于Forschungszentrum Juelich GmbH是一家。gydF4y2Ba

其余作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。gydF4y2Ba

出版商的注意gydF4y2Ba

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。gydF4y2Ba

引用gydF4y2Ba