Исследование мемристорного эффекта в тонких плёнках хлоридов меди и хрома тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.01, кандидат наук Розанов Роман Юрьевич

• Розанов Роман Юрьевич
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Розанов Роман Юрьевич

Введение

Глава 1. Современное состояние вопроса и постановка задачи формирования элементов микроэлектроники на основе мемристорного эффекта

1.1 Концепция мемристора

1.2 Перспективные применения мемристоров и систем на их основе

1.2.1 Цифровая память

1.2.2 Логические схемы,

1.2.3 Нейроморфические цепи

1.3 Материалы мемристоров

1.3.1 Твердотельные мемристоры на основе оксидов и иных соединений металлов

1.3.2 Органические мемристоры

1.4 Методы реализации мемристорных устройств

Выводы по главе

Глава 2. Разработка методики создания структур для изучения мемристорного

эффекта

2.1 Используемые методы и оборудование для создания структур с целью изучения мемристорного эффекта

2.1.1 Формирование наноразмерных слоёв,

2.1.2 Лазерная безмасочная литография

2.1.3 Исходные материалы

2.2 Методика создания структур для изучения мемристорного эффекта

2.2.1 Создание структур на основе оксидов

2.2.2 Создание структур на основе хлоридов

2.3 Контроль создаваемых структур

Выводы по главе

Глава 3. Исследование мемристорного эффекта в различных материалах и

структурах различной геометрии

3.1 Методика исследования электрических характеристик изучаемых элементов и используемое оборудование

3.2 Особенности электрических характеристик структур на основе оксидов

3.3 Особенности электрических характеристик структур на основе хлоридов, _

3.4 Особенности электрических характеристик структур на основе хлоридов с контактами из наноструктурированного углерода

3.4.1 Результаты исследования структур с использованием углеродных нанотрубок

3.4.2 Результаты исследования структур с использованием графена,

3.5 Особенности электрических характеристик структур с планарной топологией на основе хлоридов

Выводы по главе

Глава 4. Разработка макетов приборов на основе создаваемых мемристорных элементов

4.1 Конструкция макета перцептрона для решения задачи классификации

4.2 Методика обучения макета перцептрона и контроль результатов

4.3 Особенности работы макетов приборов на основе хлоридных мемристорных элементов

Выводы по главе

Заключение

Благодарности

Список использованной литературы

Приложения

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование мемристорного эффекта в тонких плёнках хлоридов меди и хрома»

Актуальность диссертационной работы

Сегодня многие научные коллективы по всему миру заняты разработкой новых элементов электроники, способных обеспечить увеличение вычислительной мощности классических электронных устройств, разработку приборов, действующих по новым принципам и решающих трудоёмкие задачи с меньшими затратами времени.

Одним из результатов работы в данном направлении стало создание мемристоров - двухэлектродных элементов с изменяемой величиной электрического сопротивления. Все наиболее важные характеристики данных элементов, такие как напряжения переключения, предельные рабочие частоты определяются выбором материала тонкого функционального слоя, заключённого между двумя электродами, и его толщиной. Изменение же латеральных размеров подводящих электродов не приводит к появлению принципиально новых эффектов и изменениям в режимах работы мемристорных элементов, но позволяет повышать степень интеграции и точно подбирать рабочие параметры. Таким образом, масштабирование данных элементов является куда более простой задачей по сравнению с масштабированием кремниевых приборов.

В проведённых работах по тематике мемристоров показано, что данные элементы можно использовать в качестве логических элементов, ячеек энергонезависимой памяти, причём конструкция элементов используемых в данных случаях абсолютно ничем не отличается, что позволяет формировать массивы логических элементов и памяти в одном процессе. Расчёты показывают, что скорость переключения ячейки памяти на основе мемристора может быть весьма высокой, что позволит создавать энергонезависимую оперативную память и отказаться от использования отдельного блока оперативной памяти. Также этому способствует значительное количество возможных циклов перезаписи мемристора и практически неограниченный срок хранения информации. Кроме того принципы функционирования мемристора и синапса нейрона животных очень схожи, что делает данные элементы перспективными кандидатами на роль синапсов при реализации искусственных нейронных сетей. Такое применение данных элементов

4

позволит эффективно и с незначительными затратами машинного времени решать задачи классификации, прогнозирования, распознавания образов. Особенно перспективны в данном направлении мемристоры на основе органических соединений. Наконец имеются работы, предлагающие использовать данные элементы для создания перестраиваемых элементов аналоговых и цифровых схем и многого другого.

Величина эффекта переключения мемристоров зависит от толщины активного слоя элемента, которая обычно не превышает сотни нанометров. Данный факт обусловлен тем, что в большинстве современных теорий резистивного переключения изменение состояния проводимости в элементах на основе тонких пленок соединений металлов так или иначе связывают с физическим перемещением ионов. Так, например, переключение состояний сопротивления в структурах с активным слоем, состоящим из оксида титана или тантала, при подаче напряжения происходит дрейф кислородных вакансий в активном слое, что приводит к образованию канала проводимости. Таким образом, от подвижности ионов в активном слое напрямую будет зависеть скорость переключения элемента из одного стабильного состояния проводимости в другое. Подвижность же ионов в свою очередь зависит от их заряда и ионного радиуса и практически слабо зависит от приложенного электрического поля. Известно, что коэффициент диффузии ионов в твёрдых веществах выражается следующей формулой:

Б=Бс ехр(^Ш0, (1)

где Do - фактор диффузии; Q - энергия активации; R - газовая постоянная; Т -

абсолютная температура, то можно думать, что уменьшение заряда иона вдвое,

_2 _^

например, вместо ионов кислорода О использовать ионы хлора С1 , приведет к

существенному уменьшению энергии активации. При этом увеличится коэффициент диффузии и, следовательно, подвижность ионов при прочих неизменных условиях, и, по крайней мере, увеличится частота переключений состояний мемристоров.

Однако не все так однозначно. Радиус ионов хлора в 1,34 раза больше ионов кислорода, что будет препятствовать диффузии ионов хлора. Также, применив в качестве активного слоя мемристорного элемента вместо соединений кислорода хлорид меди или хрома, подвижность ионов в котором выше и атомы сильно

подвержены электромиграции, можно ожидать принципиально новый механизм изменения сопротивления в тонкоплёночных структурах, благодаря которому мемристорные структуры на основе данных соединений будут превосходить аналоги на основе хорошо изученных оксидов по быстродействию и иным параметрам.

Целью данной диссертационной работы являлась разработка и исследование мемристорного элемента на основе плёнок хлоридов металлов, таких как медь и хром.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Разработка методики формирования мемристорных наноструктур с необходимыми параметрами и материалами конструкции, а также создание комплекса оборудования для реализации и исследования данных структур.

2. Разработка методики исследования электрических характеристик создаваемых образцов мемристорных элементов, позволяющей подтвердить наблюдение мемристорного эффекта.

3. Исследование созданных мемристорных элементов с использованием хлоридов и углеродных наноматериалов с целью получения данных об их электрических характеристиках и режимах работы.

4. Демонстрация возможности применения элементов, созданных с помощью разработанной технологии, в различных задачах, в частности создание и исследование простейших нейронных сетей на основе разработанных мемристорных элементов.

Научная новизна

- Впервые обнаружено, что в плёнках хлоридов меди и хрома нанометровой толщины проявляется эффект переключения сопротивления.

- Обнаружено, что механизм переключения мемристорных элементов на основе хлорида хрома аналогичен механизму элементов на основе оксидов, а механизм элементов на основе хлорида меди - механизму элементов на основе сульфида серебра.

- Установлено, что в точечном контакте к тонкой плёнке хлоридов меди и хрома наблюдается мемристорный эффект. Уменьшение контактов до площади 150 нм приводит к увеличению сопротивления структуры и не влияет на напряжения переключения и рабочие частоты элементов.

- Разработана методика проведения измерений электрических и временных характеристик мемристорных элементов, позволяющая всесторонне исследовать элемент и подтвердить наличие мемристорного эффекта в исследуемой структуре.

- Продемонстрирована имитация синаптической активности в макетах нейронных сетей на основе созданных хлоридных мемристорных элементов.

Достоверность научных положений, результатов и выводов

Научные результаты, полученные в ходе исследований, не противоречат известным отечественным и зарубежным работам. Результаты экспериментов и сделанные на их основе выводы и предположения соответствуют современным литературным данным и дополняют их, что позволяет говорить о достаточной их подтверждённости и достоверности.

Практическая значимость работы

- Разработана методика формирования мемристорных наноструктур с различными хлоридами в качестве активного слоя элемента и варьируемой планарной конфигурацией.

- Разработана методика исследования эффекта переключения сопротивления путём измерения электрических и временных характеристик элементов.

- Создан комплекс оборудования, позволяющий формировать тонкоплёночные структуры из различных материалов и разных конфигураций, а также проводить исследования создаваемых образцов. Также отработаны режимы работы данного оборудования.

Основные научные положения, выносимые на защиту

1. Применение хлоридов меди и хрома в качестве активного слоя мемристорного элемента позволяет добиться больших рабочих частот по

сравнению с элементами на основе оксидов титана, тантала и никеля, сформированных по аналогичной технологии.

2. Применение в составе мемристорных элементов углеродных нанотрубок и графена в качестве подводящих контактов вместо платины позволяет создавать прозрачные в видимом диапазоне спектра устройства и увеличить на два порядка максимальное количество переключений элемента.

3. Реализованные мемристорные элементы на основе хлоридов меди и хрома позволяют реализовывать функции нейронов и создавать искусственные нейронные сети для решения задачи распознавания на их основе.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертации докладывались на следующих конференциях:

1. 20-я Всероссийская межвузовская НТК студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2013» (Москва, 2013)

2. 11th International Conference Advanced Carbon NanoStructures (Saint-Peterburg, 2013)

3. 21-я Всероссийская межвузовская НТК студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2014» (Москва, 2014)

4. Nanotech MEET Tunisia 2014 (Hammamet, Tunisia, 2014)

5. XV Школа молодых учёных «Актуальные проблемы физики» (Москва, 2014)

6. X Международная научно-практическая конференция «Электронные средства и системы управления» (Томск, 2014)

7. 22-я Всероссийская межвузовская НТК студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2015» (Москва, 2015)

8. 2017 International meeting for future of electron devices, Kansai (Kyoto, Japan, 2017)

По результатам работы было опубликовано 5 статей в журналах, входящих в перечень ВАК. Также было сделано 8 докладов на российских и зарубежных конференциях. Кроме того автор является соавтором 12 работ, косвенно относящихся к тематике настоящей диссертационной работы.

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка сокращения, списка литературы и приложения. Материал работы изложен на 126 страницах, включая 60 рисунков и 7 таблиц. Список литературы содержит 159 наименований.

Глава 1. Современное состояние вопроса и постановка задачи формирования элементов микроэлектроники на основе мемристорного эффекта

В данной главе кратко описывается история возникновения термина "мемристор", проводится обзор различных физических реализаций данного элемента, применяемых с данной целью методик и материалов, их преимуществ и недостатков. Также проводится анализ области применения изучаемых структур, перспективности и актуальности проводимого исследования.

1.1 Концепция мемристора

Сам термин "мемристор" образован его автором, профессором Калифорнийского университета Леоном Чуа, от слов память (memory) и сопротивление (resistor). Само же понятие о данном устройстве было введено в 1971 году в работе [1]. Работа носила чисто теоретический характер и лишь предсказывала существование четвёртого пассивного электрического элемента. Также в данной работе на основе предположений автора был проведён расчет характеристик, которыми должен обладать предполагаемый элемент. После публикации данной статьи работ по тематике мемристоров практически не выходило. Однако в 2008 году в работе [2] группа учёных из лаборатории Хьюлетт-Паккард (HP Lads) объявила, что им впервые удалось физически реализовать мемристор на основе тонкой плёнки диоксида титана (TiO2). Данная работа является одной из ключевых в области мемристоров, поскольку только после её публикации подобные структуры были связаны с понятием мемристор. С момента выхода этой статьи в количество работ, исследований и патентов в данном направлении резко возросло. Интерес к мемристорным структурам не угасает до сегодняшнего дня (рисунок 1.1).

500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0

T I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I

<N ^ Ю

(^(^(^(^(^OOOOOOOOOOONONONONONOOOOO'-H

ONONONONONONONONONONONONONONON OOOOOOOOO

Рисунок 1.1. Количество опубликованных работ по годам со словом "мемристор" в названии в соответствии с данными Google Scholar.

В своей работе [1] Леон Чуа рассматривая четыре базовые переменные теории электрических цепей, заряд, силу тока, разность потенциалов и магнитный поток, и попарную связь между ними обратил внимание, что три пассивных электрических элемента реализуют данные связи: резистор, представляет связь между силой тока и разностью потенциалов (dv=Rdi), конденсатор - между разностью потенциалов и зарядом (dq=Cdv), катушка индуктивности - между магнитным потоком и силой тока (dp=Ldi). Кроме того двумя дополнительными уравнениями связываются заряд с током (dq=idt) и магнитный поток с разностью потенциалов ((dy=vdt). Далее Чуа, рассматривая симметрию электрических цепей (рисунок 1.2), сделал предположение о необходимости существования четвёртого пассивного электрического элемента, реализующего связь между зарядом и магнитным потоком.

Рисунок 1.2. Связь между четырьмя базовыми электрическими величинами.

Данный элемент, получивший название мемристор, должен своим функционирование выражать связь между магнитным потоком и зарядом в соответствии со следующим соотношением:

dф=Mdq (1.1),

где dф - переменная магнитного потока, dq - переменная заряда, величина М была названа мемристорностью.

В работе [1] чуа было показано, что при постоянстве мемристорности М поведение мемристора идентично обычному резистору. Далее отмечается, что если магнитный поток нелинейно зависит от заряда и как следствие величина М является функцийе заряда q, но не явной функцией времени то для разности потенциалов на электродах мемристора и величиной заряда, прошедшего через него, можно записать следующее соотношение:

(1.2)

Данное соотношение показывает, что в каждый отдельно взятый момент времени мемристор идентичен резистору, но в отличие от обычного сопротивления величина мемристорности зависит от всего тока, пропущенного через элемент. Таким образом, вся предшествующая история функционирования структуры определяет её текущее сопротивление, что является эффектом памяти, давшим название данному элементу. Также Чуа было показано, что при условии неотрицательности величины М мемристор является пассивным электрическим элементом и никакая другая комбинация пассивных элементов не может повторить его функциональности. Кроме того, по аналогии с интерпретацией всей трёх пассивных элементов с точки зрения квазистатического расширения уравнений Максвелла [3], подобная интерпретация была дана Чуа и мемристору.

Позднее тот же автор, введя определение мемристорной системы как устройства, в котором меристорность есть функция переменной внутреннего состояния на входе и, возможно, явная функция времени, расширил понятие "мемристор" [4]. Также в данной работе Чуа был показан ряд особенностей, отличающих мемристорную от простой динамической системы. К данным особенностям относятся: требования к пассивности системы, мемристорная система должна быть неспособна накапливать энергию, фаза входного сигнала не должна изменяться на выходе таких систем, как следствие вольт-амперная характеристика должна всегда проходить через начало координат, также при работе на высоких частотах мемристорные системы должны вести себя аналогично резистору. Также в данной работе показана возможность использования мемристоров в целях моделирования множества систем, как например модели нейрона Ходжкина-Хаксли. В продолжение своей работы в 1995 году Чуа предложил модель клеточных нейронных сетей с использованием мемристоров имитирующих поведение синапсов в связях между нейронами [5].

1.2 Перспективные применения мемристоров и систем на их основе

На сегодняшний день предлагается применение мемристоров и систем на их основе как в цифровых, так и в аналоговых приложениях [6].

Наиболее перспективным применением данных элементов в цифровой области является энергонезависимая твердотельная память. Также предлагается использовать мемристоры для обработки цифровых сигналов и в области программируемой логики.

Применение мемристорных систем в аналоговых цепях основано на возможности многоуровневого переключения сопротивления (теоретически бесконечного). Благодаря данной особенности становится возможным применение данных систем для обработки аналоговых сигналов, физической реализации нейронных сетей, создания "обучаемых цепей".

1.2.1 Цифровая память

Большая часть современных работ по практическому применению мемристоров и систем на их основе направлена на разработку энергонезависимой памяти, как наиболее перспективного применения данных элементов [7-15]. По оценкам, проведённым в работе [16], современная флэш-память в течение нескольких лет может быть полностью заменена резистивной оперативной памятью (resistive random access memory (ReRAM)). Логические уровни при помощи мемристорных структур могут быть легко закодированы состоянием проводимости элемента, например, низкоомное состояние можно поставить в соответствие логической единице, в то время как высокоомное состояние будет соответствовать логическому нулю. Также способность мемристорных элементов непрерывно изменять состояние проводимости открывает пути к реализации мультибитовых запоминающих устройств [17, 18].

В таблице 1.1 приводится сравнение основных характеристик современной флэш-памяти НЕ-И (NAND) и перспективной наноионной ресиятивной памяти с произвольным доступом (nanoionic ReRAM) [6].

Основным конкурентным преимуществом резистивной памяти перед используемой сегодня флэш-памятью является заметно меньшее время, требуемое для установки значения сопротивления ячейки и считывания состояния проводимости. Также за счёт возможности использования перекрёстной архитектуры памяти (также известной как кроссбар (crossbar) архитектура) на

основе мемристоров ReRAM массивы могут обладать значительной большей степень интеграции по сравнению с классицескими массивами памяти. В качестве недостатков резистивной памяти отмечают сравнительно низкое напряжение считывания и достаточно высокую энергию записи.

Таблица 1.1

Продемонстрированные и прогнозируемые характеристики NAND флэш-памяти и наноионной ReRAM [19]. F - топологическая норма техпроцесса.

Свойство NAND флэш Наноионная ReRAM

Год/статус 2009 2024 Продемонстрировано Лучшие прогнозы

Характерные размеры F (нм) 90 18 90 5-10

Размер ячейки 5F2 5F2 8F2 8/5F2

Время чтения (нс) 50 8 <50 <10

Время записи/стирания 1/0.1 мс 1/0.1 мс 5 нс/5 нс <20 нс

Время хранения (годы) >10 >10 >10 >10

Циклов перезаписи >1105 >1105 >1109 >11016

Напряжения записи (В) 15 15 0.6/-0.2 <0.5

Напряжение чтения (В) 2 1 0.15 <0.2

Энергия запаси (Дж/бит) >110-14 >110-15 510-14 1-10-15

При использовании мемристорных элементов в качестве ячеек памяти наиболее перспективной выглядит именно перекрёстная архитектура, которая представляет собой два массива параллельных электродов, расположенных друг нал другом и повёрнутых на 90 градусов друг относительно друга (рисунок 1.3(а)). При использовании данной архитектуры мемристоры располагаются между электродами верхнего и нижнего массивов и попарно их соединяют.

Единичный коммутированный массив резистивной памяти с произвольным

доступом, включающий в себя слой кроссбар элементов (рисунок 1.3) и

классический КМОП слой, получил название КМОЛ (КМОП+молекулярно-

масштабные устройства (CMOS+molecular-scale devices)). В работе [11] с целью

усовершенствования КМОЛ технологии предлагается один КМОП слой

располагать под множеством слоёв кроссбар элементов, разделённых слоями

15

подводящих дорожек (рисунок 1.3 (б)). Доступ к каждой ячейке данной архитектуры можно получить с помощью уникального трёхмерного адреса.

б

Рисунок 1.3. Трёхмерная архитектура. а - единичный массив и его эквивалентная схема, б - гибридная цепь КМОП/перекрёстный массив и её

эквивалентная схема [11].

1.2.2 Логические схемы

а

Не менее важное, чем энергонезависимая память, применение мемристорных систем состоит в их использовании в области цифровых логических схем. Так мемристоры могут использоваться как переключатели в сетях маршрутизации

данных, в качестве логических элементов и выполнять логические операции. Так в работах [20, 21] показана перспективность применения КМОЛ структур для изготовления программируемых пользователем вентильных матриц (ППВМ, field-programmable gate arrays (FPGAs)) и в области обработки изображений.

Программируемые пользователем вентильные матрицы по существу являются массивом логических блоков. Конкретные логические функции данных блоков не определены при изготовлении чипа и задаются позднее на усмотрение пользователя. В работе [22] приводятся данные о том, что ППВМ на основе мемристорных элементов будут на много превосходить традиционные КМОП матрицы в быстродействии и энергоэффективности.

На сегодняшний день имеются сообщения о создании гибридных перестраиваемых логических цепей. Также сообщается о создании цепей с возможностью "самопрограммиорвания" (возможностью перенастройки схемы в процессе работы самой себя) [23, 24]. Было показано, что такие матрицы могут выполнять операции НЕ, И, ИЛИ, НЕ-И, НЕ-ИЛИ. В данных работах для создания ППВМ использовались мемристорные элементы на основе тонких плёнок оксида титана.

На основе анализа, проведённого в работах [19, 25] и нацеленного на вычисление необходимого количества мемристорных систем для реализации булевых функций, был сделан вывод, что для вычисления любой булевой функции достаточно всего двух систем на основе мемристоров [19]. В частности в работе [25] была рассмотрена реализация импликации посредством мемристорной системы (рисунок 1.4).

В данной системе логическому уровню 0 (ложь) отвечает высокоомное состоянием мемристорной системы, в то время как логическому уровню 1 (правда) соответствует низкоомное состояние. Выходы обеих мемристорных элементов соединены с нагрузочным сопротивлением. Величина мемристорности m1 в течение операции не изменяет своего значения. Величина же мемристорности m2, напротив, меняется в зависимости от величины mi. С целью обеспечения указанных условий напряжения Vcond и Vset подбираются так, чтобы напряжение на m1 никогда не превышало напряжение переключения, и, как следствие, состояние m1 оставалось неизменным. В случае, если m1 находится в высокоомном состоянии

и поданы напряжения Усопа и У8еЬ напряжение на т2 оказывается больше напряжения переключения, что приводит к переходу т2 из высокоомного состояния в низкоомное. Однако, если же т! находится в низкоомном состоянии указанного перехода т2 не происходит, поскольку падение напряжения на данном элементе оказывается ниже порогового. Результат выполнения операции хранится в т2.

Рисунок 1.4. Реализация импликации с помощью системы на основе мемристорных элементов.

Таким образом, импликация вместе с возможностью сброса (путём изменения полярности напряжения У8е1) реализована на основе мемристорных элементов, что позволяет вычислить любую булеву функцию с помощью мемристоров.

1.2.3 Нейроморфические цепи

Ещё одним потенциальным применением мемристоров является создание нейроморфических цепей. Данные цепи разрабатываются с целью имитации мозга человека или животных. Мемристорные системы в данных цепях могут использоваться в качестве синапсов между нейронами, обеспечивая связь между элементами сети, запоминание информации и обучение сети. Также благодаря малым размерам данных систем теоретически плотность мемристорных элементов на чипе может быть сопоставима с плотностью нейронов в человеческом мозге

10 2

(~10 синапсиов/см ) [26]. Вследствие данного факта становится возможным создание нейроморфических сетей, сопоставимых по размерам с биологическим мозгом.

Одной из важнейших особенностей биологических синапсов является присущая им пластичность, зависящая от времени спайка (spike-timing-dependent-plasticity (STDP)) [27-30]. В зависимости от очерёдности, в которой постсинаптический и пресинаптический сигналы достигают нейрона, синапс может испытывать долговременное ослабление (long-term depression (LTD)) или долговременную потенциацию (long-term potentiation (LTP)), то есть ослабление или усиление связи между нейронами пропорционально разнице во времени между постсинаптическим и пресинаптическим сигналами. С помощью данного механизма в биологических системах реализуется феномен памяти и обучения.

В работах [31-33] было реализовано на практике несколько типов сетей различной сложности, которые показывали нейроморфическое поведение. С целью реализации данных сетей использовались двух- [31, 32] и трёхэлектродные [33] мемристорные элементы. Так в работе [32] из мемристорных элементов на основе серебра был создан коммутируемый массив синапсов, на котором была продемонстрирована STDP-пластичность. Также в применённой архитектуре присутствовали КМОП элементы, с помощью которых анализировалось время пре-и постсинптических импульсов с целью генерации программирующих импульсов напряжения положительной или отрицательной полярности. На рисунке 1.5 приведены измерения STDP-пластичности синапсов, созданных с применением мемристоров, и измерения нейронов крыс, возбуждённых постсинаптическим током.

о и

ш «

о и

н с

сз

к к

о

-40 -20 0 20 <30 Д время спайка (мс)

а

г ^

з

100

§

&

ю

со О

ра

«

Ет

к

«

с

Е

а

<

а

И о

н р ^

м

о и

о

а ~

Г

В 5

к к

о н о о с

-50

-60

-40

л -20 0 " 2р Л А время спайка (мс)

б

40

60

Рисунок 1.5. Измерение 8ТБР-пластичности. а - искусственным синапсов на, созданных с помощью нейронов на основе серебра (на вставке измеряемая структура, масштабная линейке 300 нм), б - нейронов крыс (на вставке нейрон крысы, масштабная линейка 50 мкм) [27].

В работе [33] был создан синаптический транзистор, который показывал 8ТБР-пластичность. Данная структура была сформирована на основе трёхэлектродного мемристорного устройства. Данное устройство имеет транзисторную структуру. Управляющий электрод в данном случае служит в целях побуждения изменения сопротивления элементоа, которое в свою очередь определяется током, проходящим через два других электрода. В работе была использована

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Розанов Роман Юрьевич, 2017 год

Список использованной литературы

1. Chua L.O. Memristor - the missing circuit element // IEEE Transactions on Circuit Theory. - 1971. - Vol. 18. - P. 507-519.

2. Strukov D.B., Snider G.S., Stewart D.R., Williams R.S. The missing memristor found // Nature. - 2008. - Vol. 453(7191). - P. 80-83.

3. Fano R.M., Chu L.J., Adler R.B. Electromagnetic fields, energy and forces // American Journal of Physics. - 1961. - Vol. 29. - P. 562.

4. Chua L.O., Kang S.M. Memristive devices and systems // Proceedings of the IEEE. -1976. - Vol. 64 - P. 209-223.

5. Chua L.O., Hasler M., Mochytz G.S., Neirynck J. Autonomous cellular neural networks: a unified paradigm for pattern formation and active wave propagation // IEEE Transactions on Circuits and systems I: Fundamental Theory and Applications. -1995. - Vol. 42. - P. 559-577.

6. Pershin Y.V., Di Ventra M. Memory effects in complex materials and nanoscale systems // Adv. Phys. - 2011. - Vol. 60. - P. 145-227.

7. Karg S.F., Meijer G.I., Bednorz J.G., Rettner C.T., Schrott A.G., Joseph E.A., Lam C.H., Janousch M., Staub U., La Mattina F., Alvarado S.F., Widmer D., Stutz R., Drechsler U., Caimi D. Transition-metal-oxide-based resistance-change memories // IBM J. Res. Dev. - 2008. - Vol. 52. - P. 481-492.

8. Csaba G., Lugli P. Read-out design rules for molecular cross bar architectures // IEEE Trans. Nanotechnol. - 2009. - Vol. 8. - P. 369-374.

9. Cagli C., Nardi F., Ielmini D. Modeling of set/reset operations in NiO-based resistive-switching memory (RRAM) devices // IEEE Trans. Electron. Dev. - 2009. - Vol. 56. -P. 1712-1720.

10. Vontobel P.O., Robinett W., Kuekes P.J., Stewart D.R., Straznicky J., Williwms R.S. Writing for and reading from a nano-scale cross bar memory based on memristors // Nanotechnology. - 2009. - Vol. 20, No. 42. - P. 425204-1-425204-21.

11. Strukov D.B., Williams R.S. Topological framework for three-dimensional circuits with multilayer crossbar arrays // Proc. Natl. Acad. Sci. - 2009. - Vol. 106. - P. 2015520158.

12. Lian K., Li R., Wang H., Zhang J., Gamota D. Copper phthalocyanine-based printed memory devices // Mater. Sci. Eng. B, Solid-State Mater. Adv. Technol. - 2010. -Vol. 167. - P. 12-16.

13. Zhuge F., Dai W., He C.L., Wang A.Y., Liu Y.W., Li M., Wu Y.H., Cui P., Li R.W. Nonvolatile resistive switching memory based on amorphous carbon // Appl. Phys. Lett. - 2010. - Vol. 96. - P. 163505-1-163505-3.

14. Wu W., Jung G.Y., Olynick D.L., Straznicky J., Li Z., Li X., Ohlberg D., Chen Y., Wang S.Y., Tong W.M., Williams R.S. One-kilobit cross-bar molecular memory circuits at 30-nm half-pitch fabricated by nanoimprint lithography // Appl. Phys. A. -2005. - Vol. 80. - P. 1173-1178.

15. Green J.E., Choi J.W., Boukai A., Bunimovich Y., Johnston-Halperin E., DeIonno E., Luo Y., Sheriff B., Xu K., Shin Y.S., Tseng H.R., Stoddart J.F., Heath J.R. A 160-kilobit molecular electronic memory patterned at 1011 bits per square centimetre // Nature. - 2007. - Vol. 445. - P. 414-417.

16. Lai S.K. Flash memories: successes and challenges // IBM J. Res. Dev. - 2008. -Vol. 52. - P. 529-535.

17. Nagashima K., Yanagida T., Oka K., Taniguchi M., Kawai T., Kim J.S., Park B.H. Resistive switching multistate non-volatile memory effects in a single cobalt oxide // Nano Lett. - 2010. - Vol. 10. - P. 1359-1363.

18. Moreno C., Munuera C., Valencia S., Kronast F., Obradors X., Ocal C. Reversible resistive switching and multilevel recording in La0.7Sr0.3MnO3 thin films for low cost nonvolatile memories //Nano Lett. - 2010. - Vol. 10. - P. 3828-3835.

19. Lehtonen E., Poikonen J.H., Laiho M. Two memristors suffice to compute all Boolean functions // Electronics Letters. - 2010. - Vol. 46, No. 3. - P. 239-240.

20. Strukov D., Likharev K. CMOL FPGA: a cell-based, reconfigurable architecture for hybrid digital circuits using two-terminal nanodevices // Nanotechnology. - 2005. -Vol. 16, No. 6. - P. 888-900.

21. Strukov D., Likharev K. Reconfigurable hybrid CMOS/nanodevice circuits for image processing // IEEE Trans. Nanotechnol. - 2007. - Vol. 6. - P. 696-710.

22. Cabe A.C., Das S. Performance simulation and analysis of a CMOS/nano hybrid nanoprocessor system // Nanotechnology. - 2009. - Vol. 20, No. 16. - P. 165203-1165203-8.

23. Xia Q., Robinett W., Cumbie M.W., Banerjee N., Cardinslli T.J., Yang J.J., Wu W., Li X., Tong W.M., Strukov D.B., Snider G.S., Mederos-Riberio G., Williams R.S. Memristor-CMOS hybrid integrated circuits for reconfigurable logic // Nano Lett. -2009. - Vol. 9, No. 10. - P. 3640-3645.

24. Borghetti J., Li Z., Straznicky J., Li X., Ohlberg D.A.A., Wu W., Stewart D.R., Williams R.S. A hybrid nanomemristor/transistor logic circuit capable of self-programming // Proc. Natl. Acad. Sci. - 2009. - Vol. 106. - P. 1699-1703.

25. Lehtonen E., Laiho M. Stateful implication logic with memristors // Proceedings of the 2009 International Symposium on Nanoscale Architectures (NANOARCH'09). - 2009. - P. 33-36.

26. Snider G.S. Cortical computing with memristive nanodevices // SciDAC Rev. - 2008. -Vol. 10. - P. 58-65.

27. Levy W.B., Steward O. Temporal contiguity requirements for long-term associative potentiation/depression in the hippocampus // Neuroscience. - 1983. - Vol. 8. - P. 791797.

28. Markram H., Lubke J., Frotscher M., Sakmann B. Regulation of synaptic efficacy by coincidence of postsynaptic APs and EPSPs // Science. - 1997. - Vol. 275. - P. 213215.

29. Kaech S., Banker G. Culturing hippocampal neurons // Nat. Protocol. - 2006. -Vol. 1. - P. 2406-2415.

30. Bi G.Q., Poo M.M. Synaptic modifications in cultured hippocampal neurons: dependence on spike timing, synaptic strength, and postsynaptic cell type // J. Neurosci. - 1998. - Vol. 18. - P. 10464-10472.

31. Pershin Y.V., Di Ventra M. Experimental demonstration of associative memory with memristive neural networks // Neural Netw. - 2010. - Vol 23, Iss. 7. - P. 881-886.

32. Kyung M.K., Seung R.L., Sungho K., Man C., Cheol S.H. Self-limited switching in Ta2O5/TaOx memristors exhibiting uniform multilevel changes in resistance // Adv.Funct.Mater. - 2015. - Vol. 25. - P. 1527-1534.

33. Sun X., Li G., Zhang X., Ding L., Zhang W. Coexistence of the bipolar and unipolar resistive switching behaviours in Au/StTiO3/Pt cells // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2011. - Vol. 44, Iss. 12. - P. 125404-1-125404-5.

34. Hebb D.O. Organization of behavior //New York: Wiley. - 1949. - P. 335.

35. Ovshinsky S.R. Reversible electrical switching phenomena in disordered structures // Phys. Rev. Lett. - 1968. - Vol. 21, No. 20. - P. 1450-1453.

36. Feinleib J., deNeufville J., Moss S.C., Ovshinsky R.S. Rapid reversible light-induced crystallization of amorphous semiconductors // Appl. Phys. Lett. - 1971. - Vol. 18, No. 6. - P. 254-257.

37. Hudgens S., Johnson B. Overview of phase-change chalcogenide nonvolatile memory technology // MRS Bulletin. - 2004. - Vol. 29, No. 11. - P. 829-832.

38. Beneventi G.B. Characterization and modeling of phase-change memories // LAP LAMBERT Academic Publishing. - 2012. - P. 1-109.

39. Wang F. Non-Volatile memory devices based on chalcogenide materials // In book: Flash Memories / Prof. I. Stievano (ed.). InTech Publ. - 2011. - P. 197-210.

40. Lai S. Current status of the phase change memory and its future // Proc. Int. Electron Devices Meeting (IEDM 03). IEEE Press. - 2003. - P. 10.1.1-10.1.4.

41. Pirovano A., Lacaita A.L., Benvenuti A., Pellizzer F., Hudgens S., Bez R. Scaling analysis of phase-change memory technology // Proc. of the IEEE Int. Electron Devices Meeting (IEDM 03). IEEE Press. - 2003. - P. 29.6.1-29.6.4.

42. Li Y., Zhong Y., Xu L., Zhang J., Xu X., Sun H., Miao X. Ultrafast synaptic events in a chalcogenide memristor // Scientific Reports. - 2013. - Vol. 3:1619. - P. 1-7.

43. Suri M., Bichler O., Querlioz D., Traore B., Cueto O. Physical aspects of low power synapses based on phase change memory devices // J. Appl. Phys. - 2012. - Vol. 112. -P. 054904-1-054904-10.

44. Hong S.-H., Bae B.-J., Lee H. Fast switching behavior of nanoscale Ag6In5Sb59Te30 based nanopillar type phase change memory // Nanotechnology. - 2010. - Vol. 21, No. 2. - P. 025703-1-025703-5.

45. Burr G.W, Breitwisch M J., Franceschini M., Garetto D. Phase change memory technology // Journal of Vacuum Science and Technology B. - 2010. - Vol. 28, No. 2. - P. 223-262.

46. Gill M., Lowrey T., Park J. Ovonic unified memory - a high-performance nonvolatile memory technology for stand-alone memory and embedded applications // 2002 IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC). Session 12. - 2002. - P. 158446.

47. Pirovano A., Lacaita A.L., Benvenuti A., Pellizzer F., Bez R. Electronic switching in phase-change memories // IEEE Transactions on Electron Devices. - 2004. - Vol. 51, No. 3. - P. 452-459.

48. Redaelli A., Pirovano A., Pellizzer F., Lacaita A.L., Ielmini D., Bez R. Electronic switching effect and phase-change transition in chalcogenide materials // IEEE Electron Device Letters. - 2004. - Vol. 25, No. 10. - P. 684-686.

49. Kuzum D., Jeyasingh R.G D., Lee B., Wong H.-S.P. Nanoelectronic programmable synapses based on phase change materials for brain-inspired computing // Nano Lett. -2012. - Vol. 12. - P. 2179-2186.

50. Ielmini D., Lacaita A. L., Mantegazza D. Recovery and drift dynamics of desistance and threshold voltages in phase-change memories // IEEE Transactions on Electron Devices. - 2007. - Vol. 54, No. 2. - P. 308-315.

51. Russo U., Kamalanathan D., Ielmini D., Lacaita A.L., Kozicki M.N. Study of multilevel programming in programmable metallization cell (PMC) memory // IEEE Transactions on Electron Devices. - 2009. - Vol. 56, No. 5. - P. 1040-1047.

52. Kund M., Beitel G., Pinnow C.-U., Röhr T., Schumann J. Conductive bridging RAM (CBRAM) an emerging non-volatile memory technology scalable to sub 20 nm // IEEE International Electron Devices Meeting, 2005. IEDM Technical Digest. - 2005. -P. 754-757.

53. Waser R. Resistive non-volatile memory devices // Microelectronic Engineering. -2009. - Vol. 86. - P. 1925-1928.

54. Liu Q, Long S., Lv H., Wang W., Niu J. Controllable growth of nanoscale conductive filaments in solid-electrolyts based ReRAM by using a metal nanocrystal covered bottom electrode // Acsnano. - 2010. - Vol. 4, No. 10. - P. 6162-6168.

55. Symanczyk R., Balakrishnan M., Gopalan C., Happ T., Kozicki M., Kund M., Mikolajick T., Mitkova M., Park M., Pinnow C., Robertson J., Ufert K. Electrical characterization of solid state ionic memory elements // Proceedings of the 2003 NonVolatile Memory Technology Symposium. San Diego, California. - 2003. - P. 17-117-6.

56. Lu W., Jeong D.S., Kozicki M., Waser R. Electrochemical metallization cells-blending nanoionics into nanoelectronics // MRS Bulletin. - 2012. - Vol. 37. - P. 124-130.

57. Kozicki M., Gopalan C., Balakrishnan M., Park M., Mitkova M. Nonvolatile memory based on solid electrolytes // Proceedings of the 2004 Non-Volatile Memory Technology Symposium. IEEE Press. - 2004. - P. 10-17.

58. Burr G. W., KurdiB. N., Scott J. C., Lam C.H., Gopalakrishnan K., Shenoy R. S. Overview of candidate device technologies for storage-class memory // IBM J. RES. & DEV. - 2008. - Vol. 52, No. 4. - P. 449-464.

59. Liu Q., Sun J., Lv H., Long S., Yin K., Wan N., Li Y, Sun L., Liu M. Real-time observation on dynamic growt/dissolution of conductive filaments in oxide-electrolyte-based ReRAM // Adv. Mater. - 2012. - Vol. 24, Iss. 14. - P. 1844-1849.

60. Sakamoto T., Sunamura H., Kawaura H., Hasegawa T., Nakayama T. Nanometer-scale switches using copper sulfide // Appl. Phys. Lett. - 2003. - Vol. 82. - P. 3032-3034.

61. Guo X., Schindler C., Menzel S., Waser R. Understanding the switching-off mechanism in Ag+ migration based resistively switching model systems // Appl. Phys. Lett. - 2007. - Vol. 91. - P. 133513-1-133513-3.

62. Valov I., Waser R., Jameson J.R., Kozicki M.N. Electrochemical metallization memories—fundamentals, applications, prospects // Nanotechnology. - 2011. -Vol. 22. - P. 254003-254025.

63. Bruchhaus R., Honal M., Symanczyk R., Kunda M. Selection of optimized materials for CBRAM based on HT-XRD and electrical test results // Journal of the Electrochemical Society. - 2009. - Vol. 156, No. 9. - P. H729-H733.

64. Stratan I., Tsiulyanu D., Eisele I. A programmable metallization cell based on Ag-As2S3 // Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. - 2006. - Vol. 8, No. 6. -P. 2117-2119.

65. Kaeriyama S., Sakamoto T., Sunamura H., Mizuno M. A nonvolatile programmable solid-electrolyte nanometer switch // IEEE Journal of Solid-State Circuits. - 2005. -Vol. 40, No. 1. - P. 168-176.

66. Dietrich S., Angerbauer M., Ivanov M., Gogl D., Hoenigschmid H. A nonvolatile 2Mbit CBRAM memory core featuring advanced read and program control // IEEE Journal of Solid-State Circuits. - 2007. - Vol. 42, No. 4. - P. 839-845.

67. Yu S., Wong H.-S.P. Modeling the switching dynamics of programmable-metallization-cell (PMC) memory and its application as synapse device for a

neuromorphic computation system // IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), 2010. IEEE Press. - 2010. - P. 22.1.1- 22.1.4.

68. Hickmott T.W. Low-frequency negative resistance in thin anodic oxide films // Journal of Applied Physics. - 1962. - Vol. 33, No. 9. - P. 2669-2682.

69. Wong P. H.-S., Lee H.-Y., Yu S., Chen Y.-S., Wu Y., Chen P.-S., Lee B., Chen F.T., Tsai M.-J. Metal-oxide RRAM // Proceedings of the IEEE. - 2012. - Vol. 100, No. 6 -P. 1951-1970.

70. Akinaga H., Shima H. Resistive random access memory (ReRAM) based on metal oxides // Proceedings of the IEEE. - 2010. - Vol. 98, No. 12. - P. 2237-2251.

71. Yang J.J., Pickett M.D., Li X., Ohlberg D.A., Stewart D.R., Williams R.S. Memristive switching mechanism for metal/oxide/metal nanodevice // Nature Nanotechnology. -2008. - Vol. 3. - P. 429-433.

72. Kwon D.-H., Kim K. M., Jang J. H., Jeon J. M., Lee M. H., Kim G. H., Li X.-S., Park G.-S., Lee B., Han S., Kim M., Hwang C.S. Atomic structure of conducting nanofilaments in TiO2 resistive switching memory // Nature Nanotechnology. - 2010. -Vol. 5. - P. 148-153.

73. Alibart F., Gao L., Hoskins B.D., Strukov D.B. High precision tuning of state for memristive devices by adaptable variation-tolerant algorithm // Nanotechnology. -2012. - Vol. 23, No. 7. - P. 075201-1-075201-7.

74. Kim K. M., Han S., Hwang C.S. Electronic bipolar resistance switching in an anti-serially connected Pt/TiO2/Pt structure for improved reliability // Nanotechnology. -2012. - Vol. 23, No. 3. - P. 035201-1-035201-7.

75. Goux L., Lisoni J.D., Jurczak M., Wouters D.J., Courtade L, Muller Ch. Coexistence of the bipolar and unipolar resistive-switching modes in NiO cells made by thermal oxidation of Ni layers // J. Appl. Phys. - 2010. - Vol. 107, Iss. 2. - P. 024512-1024512-7.

76. Hur J.-H., Kim K. M., Chang M., Lee S. R., Lee D., Lee C.B., Lee M.-J., Kim Y.-B., Kim C.-J., Chung U.-I. Modeling for multilevel switching in oxide-based bipolar resistive memory // Nanotechnology. - 2012. - Vol. 23, No. 22. - P. 225702-1-2257025.

77. Chen A., Haddad S., Wu Y.-C., Fang T.-N., Lan Z. Non-volatile resistive switching for advanced memory applications // IEEE International Electron Devices Meeting, 2005. IEDM Technical Digest. - 2005. - P. 746-749.

78. Goux L., Czarnecki P., Chen Y.-Y., Pantisano L., Wang X.P., Dergraeve R., Govoreanu B., Jurczak M., Wouters D.J., Altimime L. Evidences of oxygen-mediated resistive-switching mechanism in TiN\HfO2\Pt cells // Appl. Phys. Lett. - 2010. -Vol. 97, Iss. 24. - P. 243509-1-243509-3.

79. Park W.I., Yoon J.M., Park M., Lee J., Kim S.K., Jeong J.W., Kim K., Jeong H.Y., Jeon S., No K.S., Lee J.Y., Jung Y.S. Self-assembly-induced formation of high-density silicon oxide memristor nanostructures on graphene and metal electrodes // Nano Lett. - 2012. - Vol. 12. - P. 1235-1240.

80. Mehonic A., Cueff S., Wojdak M., Hudziak S., Jambois O., Labbe C., Garrido B., Rizk R., Kenyon A.J. Resistive switching in silicon suboxide films // Journal of Applied Physics. - 2012. - Vol. 111, Iss. 7. - P. 074507-1-074507-9.

81. Yang J.J., Strukov D.B., Stewart D.R. Memristive devices for computing // Nature Nanotechnology. - 2013. - Vol. 8. - P. 13-24.

82. Yang J. J., Miao F., Pickett M. D., Ohlberg D. A., Stewart D. R., Lau C.N., Williams R.S. The mechanism of electroforming of metal oxide memristive switches // Nanotechnology. - 2009. - Vol. 20, No. 21. - P. 215201-1-215201-9.

83. Miao F., Strachan J.P., Yang J.J., Zhang M.-X., Goldfarb I., Torrezan A.C., Eschbach P., Kelley R.D., Medeiros-Ribeiro G., Williams R.S. Anatomy of a nanoscale conduction channel reveals the mechanism of a high-performance memristor // Adv. Mater. - 2011. - Vol. 23, Iss. 47. - P. 5633-5640.

84. Pickett M.D., Borghetti J., Yang J.J., Medeiros-Ribeiro G., Williams R.S. Coexistence of memristance and negative differential resistance in a nanoscale metal-oxide-metal system // Adv. Mater. - 2011. - Vol. 23, Iss. 15. - P. 1730-1733.

85. Yoshida C., Tsunoda K., Noshiro H., Sugiyama Y. High-speed resistive switching in Pt/TiO2/TiN film for nonvolatile memory application // Appl. Phys. Lett. - 2007. -Vol. 91, Iss. 22. - P. 223510-1-223510-3.

86. Wei Z., Kanzawa Y., Arita K., Katoh Y., Kawai K., Muraoka S., Mitani S., Fujii S., Katayama K., Iijima M., Mikawa T., Ninomiya T., Miyanaga R., Kawashima Y., Tsuji K., Himeno A., Okada T., Azuma R., Shimakawa K., Sugaya H., Takagi T., Yasuhara

R., Horiba K., Kumigashira H., Oshima M. Highly reliable TaOx ReRAM and direct evidence of redox reaction mechanism // 2008 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM 2008). - 2008. - P. 293-296.

87. Lee M.-J., Han S., Jeon S. H., Park B. H., Kang B. S., Ahn S.-E., Kim K.H., Lee C.B., Kim C.J., Yoo I.-K., Seo D.H., Li X.-S., Park J.-B., Lee J.-H., Park Y. Electrical manipulation of nanofilaments in transition-metal oxides for resistance-based memory // Nano Lett. - 2009. - Vol. 9, No. 4. - P. 1476-1481.

88. Chen Y.S., Lee H.Y., Chen P.S., Gu P.Y., Chen C.W., Lin W.P., Liu W.H., Hsu Y.Y., Sheu S.S., Chiang P.-C., Chen W.S., Chen F.T., Lien C.H., Tsai M.J. Highly scalable hafnium oxide memory with improvements of resistive distribution and read disturb immunity // 2009 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM 2009). -2009. - P. 5.5.1-5.5.4.

89. Seo S., Lee M.J., Seo D.H., Jeoung E.J., Suh D.-S., Joung Y.S., Yoo I.K., Hwang I.R., Kim S.H., Byun I.S., Kim J.-S., Choi J.S., Park B. H. Reproducible resistance switching in polycrystalline NiO films // Appl. Phys. Lett. - 2004. - Vol. 85, No. 23. -P. 5655-5657.

90. Sah M.P., Yang C., Kim H., Chua L. A voltage mode memristor bridge synaptic circuit with memristor emulators // Sensors. - 2012. - Vol. 12. - P. 3587-3604.

91. Indiveria G., Linares-Barrancob B., Legensteinc R., Deligeorgisd G., Prodromakis T. Integration of nanoscale memristor synapses in neuromorphic computing architectures // Nanotechnology. - 2013. - Vol. 24, No. 38. - P. 384010-1-384010-13.

92. Jo S.H., Chang T., Ebong I., Bhadviya B.B., Mazumder P., Lu W. Nanoscale memristor device as synapse in neuromorphic systems // Nano Lett. - 2010. - Vol. 10. - P. 1297-1301.

93. Thomas A. Memristor-based neural networks // J. Phys. D: Appl. Phys. - 2013. -Vol. 46, No. 9. - P. 093001-1-093001-12.

94. Erokhin V., Berzina T., Fontana M.P. Hybrid electronic device based on polyaniline-polyethyleneoxide junction// J. Appl. Phys. - 2005. - Vol. 97, Iss. 6. - P. 064501-1064501-5.

95. Kang E.T., Neoh K.G., Tan K.L. Polyaniline: a polymer with many interesting intrinsic redox states // Prog. Polym. Sci. - 1998. - Vol. 23, Iss. 2. - P. 277-324.

96. Berzina T., Erokhin V., Fontana M.P. Spectroscopic investigation of an electrochemically controlled conducting polymer-solid electrolyte junction // J. Appl. Phys. - 2007. - Vol. 101, Iss. 2. - P. 024501-1-024501-6.

97. Berzina T., Erokhina S., Camorani P., Konovalov O., Erokhin V., Fontana M.P. Electrochemical control of the conductivity in an organic memristor: a time-resolved X-ray fluorescence study of ionic drift as a function of the applied voltage // ACS Appl. Mater. Interfaces. - 2009. - Vol. 1, Iss 10. - P 2115-2118.

98. Berzina T., Smerieri A., Bernabo M., Pucci A., Ruggeri G., Erokhin V., Fontana M.P. Optimization of an organic memristor as an adaptive memory element // J. Appl. Phys. - 2009. - Vol. 105, Iss. 12. - P. 124515-1-1124515-5.

99. Roßberg K., Paasch G., Dunsch L., Ludwig S. The influence of porosity and the nature of the charge storage capacitance on the impedance behaviour of electropolymerized polyaniline films // J. Electroanal. Chem. - 1998. - Vol. 443, Iss. 1. - P. 49-62.

100. Lehn J.-M. From supramolecular chemistry towards constitutional dynamic chemistry and adaptive chemistry // Chem. Soc. Rev. - 2007. - Vol 36, Iss. 2. - P. 151160.

101. Westerlund F., Bjornholm T. Directed assembly of gold nanoparticles // Curr. Opin. Colloid Interface Sci. - 2009. - Vol. 14, Iss. 2. - P. 126-134.

102. Yi C.Q., Liu D.D., Yang M.S. Building nanoscale architectures by directed synthesis and self-assembly // Curr. Nanosci. - 2009. - Vol. 5, No. 1. - P. 75-87.

103. Jung G.Y., Ganapathiappan S., Ohlberg D.A.A., Olynick D.L., Chen Y., Tong W.M., Williams R.S.. Fabrication of a 34x34 crossbar structure at 50 nm half-pitch by UV- based nanoimprint lithography // Nano Lett. - 2004. - Vol. 4, No. 7. - P. 12251229.

104. Choi B.J., Jeong D.S., Kim S.K. Resistive switching mechanism of TiO2 thin films grown by atomic-layer deposition // J. of Appl. Phys. - 2005. - Vol. 98, Iss. 3. -P. 033715-1-033715-10.

105. Emel'yanov A.V., Demin V.A., Antropov I.M., Tselikov G.I., Lavrukhina Z.V., Kashkarov P.K. Effect of the thickness of the TiOx/TiO2 layers on their memristor properties // Technical Physics. - 2015. - Vol. 60, No. 1. - P. 112-115.

106. Jo S.H., Lu W. CMOS compatible nanoscale nonvolatile resistance switching memory // Nano Lett. - 2008. - Vol. 8, No. 2. - P. 392-397.

107. Stewart D.R., Ohlberg D.A.A., Beck P.A., Chen Y., Williams R.S., Jeppesen J.O., Nielsen K.A., Stoddart J. F. Molecule-independent electrical switching in Pt/organic monolayer/Ti devices // Nano Lett. - 2004. - Vol. 4, No. 1. - P. 133-136.

108. Dong R., Yan X., Zhang Z., Wang M.. Memristive behavior and forming mechanism of homogeneous TiOx device // Materials Research Bulletin. - 2015. -Vol 61. - P. 101-104.

109. Aznilinda Z., Herman S.H., Ramly M.M., Raudah A.B., Rusop M. Memristive behavior of plasma treated TiO2 thin films // International Journal of Automotive and Mechanical Engineering. - 2013. - Vol. 8. - P. 1339-1347.

110. Diamanti M.V., Souier T., Stefancich M., Chiesa M., Pedeferri M.P. Probing anodic oxidation kinetics and nanoscale heterogeneity within TiO2 films by Conductive Atomic Force Microscopy and combined techniques // Electrochimica Acta. - 2014. -Vol. 129. - P. 203-210.

111. Cai K., He Z., Sun J., Li B., Zhou J. Resistive switching in a negative temperature coefficient metal oxide memristive one-port // Appl Phys A. - 2013. - Vol. 111, Iss. 4. - P. 1045-1049.

112. Yasuhara R., Fujiwara K., Horiba K., Kumigashira H., Kotsugi M., Oshima M., Takagi H. Inhomogeneous chemical states in resistance-switching devices with a planar-type Pt/CuO/Pt structure // Applied Physics Letters. - 2009. - Vol. 95, Iss. 1. -P. 012110-1-012110-3.

113. Matveyev Yu., Kirtaev R., Fetisova A., Zakharchenko S., Negrov D., Zenkevich A. Crossbar nanoscale HfO2-based electronic synapses // Nanoscale Research Letters. -2016. - Vol. 11. - P. 147-1-147-6.

114. Liao Z.-M., Hou C., Zhao Q., Wang D.-S., Li Y.-D., Yu D.-P. Resistive switching and metallic-filament formation in Ag2S nanowire transistors // Small. - 2009. - Vol. 5, Iss. 21. - P. 2377-2381.

115. Chandrasekharan R., Park I., Masel R.I., Shannon M.A. Thermal oxidation of tantalum films at various oxidation states from 300 to 700 °C // J. Appl. Phys. - 2005. -Vol. 98, Iss. 11. - P. 114908-1-114908-10.

116. Valladares L.D.L.S., Ionescu A., Holmes S., Barnes C.H.W., Dominguez A.B., Quispe O.A., Gonzalez J.C., Milana S., Barbone M., Ferrari A.C., Ramos H., Majima

Y. Characterization of Ni thin films following thermal oxidation in air // J. Vac. Sci. Technol. B. - 2014. - Vol. 32, Iss. 5. - P. 051808-1-051808-8.

117. Lu G., Bernasek S.L., Schwartz J.. Oxidation of a polycrystalline titanium surface by oxygen and water // Surface Science. - 2000. - Vol. 458. - P. 80-90.

118. Yordanov R., Boyadjiev S., Georgieva V. Characterization of RF and DC magnetron reactive sputtered TiO2 thin films for gas sensors // Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures. - 2014. - Vol. 9, Iss. 2. - P. 467-474.

119. Jakobs S., Lappschies M., Schallenberg U., Stenzel O., Wilbrandt S. Characterization of metal-oxide thin films deposited by plasma-assisted reactive magnetron sputtering // Chinese Optics Letters. - 2010. - Vol. 8. - P. 1-5.

120. Tanimizu M., Takahashi Y., Nomura M. Spectroscopic study on the anion exchange behavior of Cu chloro-complexes in HCl solutions and its implication to Cu isotopic fractionation // Geochemical Journal. - 2007. - Vol. 41. - P. 291-295.

121. Irwin J.C., Chrzanowski J., Wei T., Lockwood D.J., Wold A. Raman scattering from single crystals of cupric oxide // Physica C. - 1990. - Vol. 166. - P. 456-464.

122. Sopotrajanov B., Stefov V., Zugic M., Petrusevski V.M. Fourier transform infrared and Raman spectra of green chromium(III) chloride hexahydrate // Journal of Molecular Structure. - 1999. - Vol. 482-483. - P. 109-113.

123. Fan J., Cheng Y., Xie Z., Jin L., Hu G., Lu J., Luo M., Wang Y. Hydrogen absorption on high surface area Cr2O3 materials // Phys. Status Solidi A. - 2013. -Vol. 210, Iss. 9. - P. 1920-1924.

124. Butler S.E., Smith P.W., Stranger R., Grey I.E. Halogen ordering in Cs3Cr2Cl6Br3: a spectroscopic study // Inorg. Chem. - 1986. - Vol. 25. - P. 4375-4378.

125. Ayari F., Mhamdi M., Alvarez-Rodriguez J., Guerrero Ruiz A.R., Delahay G., Ghorbel A. Cr-ZSM-5 catalysts for ethylene ammoxidation: Effects of precursor nature and Cr/Al molar ratio on the physicochemical and catalytic properties // Microporous and Mesoporous Materials. - 2013. - Vol. 171. - P. 166-178.

126. Prodromakis T., Toumazou C., Chua L. Two centuries of memristors // Nature materials. - 2012. - Vol. 11. - P. 478-481.

127. Kolka Z., Biolek D., Biolkova V. Improved model of TiO2 memristor // Radioengineering. - 2015. - Vol. 24, No. 2. - P. 378-383.

128. Wu J., McCreery R.L. Solid-state electrochemistry in molecule/TiO2 molecular heterojunctions as the basis of the TiO2 "memristor" // Journal of the Electrochemical Society. - 2009. - Vol. 156, Iss. 1. - P. P29-P37.

129. Xiao-Ping W., Min C., Yi S. Switching mechanism for TiO2 memristor and quantitative analysis of exponential model parameters // Chin. Phys. B. - 2015. -Vol. 24, No. 8. - P. 088401-1-088401-7.

130. Gale E., Mayne R., Adamatzky A., Costello B.L.. Drop-coated titanium dioxide memristors // Materials Chemistry and Physics. - 2014. - Vol. 143, Iss. 2. - P. 524529.

131. Sakamoto T., Lister K., Banno N., Hasegawa T., Terabe K., Aono M. Electronic transport in Ta2O5 resistive switch // Appl. Phys. Lett. - 2007. - Vol. 91. - P. 0921101-092110-3.

132. Lee M.-J., Lee C.B., Lee D., Lee S.R., Chang M., Hur J.H., Kim Y.-B., Kim C.-J., Seo D.H., Seo S., Chung U-I., Yoo I.-K., Kim K. A fast, high-endurance and scalable non-volatile memory device made from asymmetric Ta2O5-x/TaO2-x bilayer structures // Nature materials. - 2011. - Vol. 10. - P. 625-630.

133. Strachan J.P., Medeiros-Ribeiro G., Yang J.J., Zhang M.-X., Miao F., Goldfarb I., Holt M., Rose V., Williams R.S. Spectromicroscopy of tantalum oxide memristors // Appl. Phys. Lett. - 2011. - Vol. 98. - P. 242112-1-242114-3.

134. Gubicza A., Csontos M., Halbrittera A., Mihaly G. Resistive switching in metallic Ag2S memristors due to a local overheating induced phase transition // Nanoscale. -2015. - Vol. 7, Iss. 26. - P. 11248-11254.

135. Gubicza A., Manrique D.Zs., Posa L., Lambert C.J., Mihaly G., Csontos M., Halbritter A. Asymmetry-induced resistive switching in Ag-Ag2S-Ag memristors enabling a simplified atomic-scale memory design // Scientific Reports. - 2016. -Vol. 6. - P. 30775-1-30775-9.

136. Wang G., Lee J.-H., Yang Y., Ruan G., Kim N.D., Ji Y., Tour J.M. Three-dimensional networked nanoporous Ta2O5-x memory system for ultrahigh density storage // Nano Lett. - 2015. - Vol. 15. - P. 6009-6014.

137. Ielmini D., Nardi F., Cagli C. Physical models of size-dependent nanofilament formation and rupture in NiO resistive switching memories // Nanotechnology. - 2011. - Vol. 22. - P. 254022-1-254022-12.

138. Nardi F., Ielmini D., Cagli C., Spiga S., Fanciulli M., Goux L., Wouters D.J. Sub-10 ^A reset in NiO-based resistive switching memory (RRAM) cells // IEEE International Memory Workshop (IMW). - 2010. - P. 1-4.

139. Novotny P., Sohnel O. Densities of binary aqueous solutions of 306 inorganic substances // Journal of Chemical and Engineering Data. - 1988. - Vol. 33, No. 1. -P. 49-55.

140. Lohn A.J., Mickel P.R., Marinella M.J. Modeling of filamentary resistive memory by concentric cylinders with variable conductivity // Appl. Phys. Lett. - 2014. -Vol. 105. - P. 183511-1-183511-5.

141. Syu Y.-E., Chang T.-C., Lou J.-H., Tsai T.-M., Chang K.-C., Tsai M.-J., Wang Y.-L., Liu M., Sze S.M. Atomic-level quantized reaction of HfOx memristor // Appl. Phys. Lett. - 2013. - Vol. 102. - P. 172903-1-172903-4.

142. Jeon H., Park J., Jang W., Kim H., Kang C., Song H., Seo H., Jeon H. Resistive switching of a TaOx/TaON double layer via ionic control of carrier tunneling // Appl. Phys. Lett. - 2014. - Vol. 104, Iss. 15. - P. 151603-1-151603-5.

143. Yang Y., Sheridan P., Lu W. Complementary resistive switching in tantalum oxide-based resistive memory devices // Appl. Phys. Lett. - 2012. - Vol. 100, Iss. 20 -P. 203112-1-203112-4.

144. Lu Y.M., Jiang W., Noman M., Bain J.A., Salvador P.A., Skowronski M. Thermographic analysis of localized conductive channels in bipolar resistive switching devices // J. Phys. D: Appl. Phys. - 2011. - Vol. 44, No. 18. - P. 185103-1-185103-6.

145. Kyriakides E., Carrara S., De Micheli G., Georgiou J. Low-cost, CMOS compatible, Ta2O5-based hemi-memristor for neuromorphic circuits // Electronics Letters. - 2012. - Vol. 48, Iss. 23. - P. 1451-1452.

146. Zhu Y., Li M. Bipolar resistive switching characteristic of epitaxial NiO thin film on Nb-doped SrTiO3 substrate // Advances in Condensed Matter Physics. - 2012. -Vol. 2012. - P. 364376-1-364376-8.

147. Li Q.W., Li Y., Zhang X.F., Chikkannanavar S.B., Zhao Y.H., Dangelewicz A.M., Zheng L.X., Doorn S.K., Jia Q.X., Peterson D.E., Arendt P.N., Zhu Y.T. Structure-dependent electrical properties of carbon nanotube fibers // Adv. Mater. - 2007. -Vol. 19, Iss. 20. - P. 3358-3363.

148. Shin M.K., Oh J., Lima M., Kozlov M.E., Kim S.J., Baughman R.H. Elastomeric conductive composites based on carbon nanotube forests // Adv. Mater. - 2010. -Vol. 22, Iss. 24. - P. 2663-2667.

149. Che J., Cagin T., Goddard W.A. III. Thermal conductivity of carbon nanotubes // Nanotechnology. - 2000. - Vol. 11, Iss. 2. - P. 65-69.

150. Shimizu T., Abe H., Ando A., Nakayama Y., Tokumoto H. Electrical conductivity measurements of a multi-walled carbon nanotube // Surf. Interface Anal. - 2005. -Vol. 37. - P. 204-207.

151. Iijima S. Helical microtubules of graphitic carbon // Nature. - 1991. - Vol. 354. -P. 56-58.

152. Akhmadishina K.F., Bobrinetskii I.I., Ibragimov R.A., Komarov I.A., Malovichko A.M., Nevolin V.K., Petukhov V.A. Fabrication of flexible transparent conductive coatings based on single-walled carbon nanotubes // Inorganic materials. - 2014. Vol. 50, No. 1. - P. 23-28.

153. Emelianov A.V., Akhmadishina K.F., Romashkin A.V., Nevolin V.K., Bobrinetskiy I.I. Features of flexible transparent conducting films based on polyaniline-carbon nanotube composite // Technical physics letters. - 2015. - Vol. 41, No. 1. -P. 94-97.

154. Suk J.W., Lee W.H., Lee J., Chou H., Piner R.D., Hao Y., Akinwande D., Ruoff R.S. Enhancement of the electrical properties of graphene grown by chemical vapor deposition via controlling the effects of polymer residue // Nano Lett. - 2013. -Vol. 13, Iss. 4. - P. 1462-1467.

155. Kim Y.-J., Kim Y., Novoselov K., Hong B.H. Engineering electrical properties of graphene: chemical approaches // 2D Mater. - 2015. - Vol. 2. - P. 042001-1-04200117.

156. Galindo B., Alcolea S.G., Gómez J., Navas A., Murguialday A.O., Fernandez M.P., Puelles R.C. Effect of the number of layers of graphene on the electrical properties of TPU polymers // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. -2014. - Vol. 64. - P. 012008-1 012008-6.

157. Maffucci A., Miano G.. Electrical properties of graphene for interconnect applications // Appl. Sci. - 2014. - Vol. 4. - P. 305-317.

158. Cao M.-S., Wang X.-X., Cao W.-Q., Yuan J. Ultrathin graphene: electrical properties and highly efficient electromagnetic interference shielding // J. Mater. Chem. C. - 2015. - Vol. 3, Iss. 26 - P. 6589-6599.

159. Кондрашов В.А., Неволин В.К., Царик К.А.. Создание графеновых слоев под тонкой медной пленкой в структуре Cu/SiO2 методом газофазного осаждения // Наноинженерия. - 2014. - №10 (40). - С. 18-21.

Приложение

Приложение А

Часть кода разработанной программы управления установкой лазерной безмасочной литографии, обеспечивающая экспонирование заданного рисунка:

for (b=0; b<kopy; b++) {

for (v=0; v<kopx; v++) {

for (f=0; f<n; f++) {

mx=u[f][0]; my=u[f][1]; mx=mx+stx*v; my=my+sty*b; m[f][0]=mx; m[f][1]=my;

switch (pov) {

case 1: h=m[f][0]; m[f][0]=m[f][1]; m[f][1]=-h; break; case 2:

m[f][0]=-m[f][0]; m[f][1]=-m[f][1]; break; case 3: h=m[f][0]; m[f][0]=-m[f][1]; m[f][1]=h; break;

};

};

for (k=0; k<n; k=k+2) //цикл повторяется для каждой фигуры {

int z=(n-k)/2; clear_lcd(); lcd_slovo("i="); lcd_chislo(z);

if (x<m[k][0]) PORTC.4=0; //выбор напрвления двигателя Х else PORTC.4=1;

if (y<m[k][1]) PORTC.6=0; //выбор направления двигателя У else PORTC.6=1;

//--------------------------------------------------

if (abs(x-m[k][0])>abs(y-m[k][1])) //выбор длинной стороны {

q=abs(x-m[k][0]); a=abs(y-m[k][1]); c=0;

while (x!=m[k][0]) {

shag (0, PINC.4); c=c+a;

if (abs(2*c)>=q) {

shag (1, PINC.6); //шаг по короткой стороне, по одному после каждой длинной строчки

c=c-q;

};

delay (t); //задержка на шаге

};

}//те же действия в случае другого соотношения длин сторон else

q=abs(y-m[k][1]); a=abs(x-m[k][0]); c=0;

while (y!=m[k][1]) {

shag (1, PINC.6); c=c+a;

if (abs(2*c)>=q) {

shag (0, PINC.4); c=c-q;

};

delay (t);

};

};

//------------------------------------------------------

if (m[k+1][0]>m[k][0]) PORTC.4=0; //выбор направления движения по фигуре по Х

else PORTC.4=1;

if (m[k+1][1]>m[k][1]) PORTC.6=0; //выбор направления движения по фигуре по У

else PORTC.6=1; PORTC.7=1; //включить лазер delay_us(500); //задержка на "прогрев" лазера

if (abs(m[k+1][0]-m[k][0])>abs(m[k+1][1]-m[k][1])) //выбор

длинной стороны

{

if (abs(m[k+1][ 1]-m[k][ 1])>20) q=abs(m[k+1][1]-

m[k][1])/20+1;

else q=abs(m[k+1][1]-m[k][1]);

for (i=0; i<=q; i++) 120

for (j=0; j<abs(m[k+1][0]-m[k][0]); j++) {

shag (0, PINC.4); //шаг по длинной стороне, цисло шагов равно длинной стороне

delay (t); //задержка на шаге

};

delay_us(500); //задержка на засветку края линии if (PINC.6==0 && y<m[k+1][1] || PINC.6==1 &&

y>m[k+1][1])

{

if (abs(m[k+1][1]-m[k][1])>20) {

for (j=0; j<20; j++) {

shag (1, PINC.6); //шаг по короткой стороне, по одному после каждой длинной строчки

delay (t); //задержка на шаге

};

}

else {

shag (1, PINC.6); delay (t);

};

};

if (PINC.4==0) PORTC.4=1; else P0RTC.4=0;

};

} //те же действия в случае другого соотношения длин

сторон

else

if (abs(m[k+1][0]-m[k][0])>20) q=abs(m[k+1][0]-

m[k][0])/20+1;

else q=abs(m[k+1][0]-m[k][0]);

for (i=0; i<=q; i++) {

for (j=0; j<abs(m[k+1][1]-m[k][1]); j++) {

shag (1, PINC.6); delay (t);

};

delay_us(500);

if (PINC.4==0 && x<m[k+1][0] || PINC.4==1 &&

x>m[k+1][0])

{

if (abs(m[k+1][0]-m[k][0])>20) {

for (j=0; j<20; j++) {

shag (0, PINC.4); delay (t);

};

}

else {

shag (0, PINC.4); delay (t);

};

};

if (PINC.6==0) PORTC.6=1; else PORTC.6=0;

};

};

РОЯТС.7=0; //выключить лазер

};

s=0; //чтобы шаблон не начался вновь

Приложение Б

Акты внедрения результатов диссертационной работы

«УТВЕРЖДАЮ» Проректор МИЭТ

АКТ

об использовании результатов диссертационной работы на соискание учёной степени кандидата технических наук Розанова Романа Юрьевича

Комиссия в составе: председатель Неволин В.К., члены комиссии: ЦарикК.А., Левин Д.Д., составили настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы «Исследование мемристорного эффекта в тонких плёнках хлоридов меди и хрома» использованы в научных разработках и учебном процессе Национального исследовательского университета «МИЭТ» в следующем виде:

1. Разработенные методики создания мемристорных элементов использованы при разработке и модернизации лекционных курсов и лабораторных работ по учебным дисциплинам: «Технология и оборудование наноэлектроники», «Физические основы наноэлектроники», «Введение в нанотехнол огию ».

2. Разработанная в ходе диссертационной работы методика измерения электрических характеристик структур с изменяемым сопротивлением нашла применение при выполнении в научно-образовательном центре «Зондовая микроскопия и нанотехиология» НИР «Исследование возникновения проводимости в молекулярных наноструктурах различных органических соединений».

Председатель комиссии: руководитель НОЦ ЗМНТ,

д.ф.-м.н., профессор Члены комиссии: к.т.н., научный сотрудник

В.К. Неволин

к.т.н., научный сотрудник

Д.Д. Левин

К.А. Царик

«УТВЕРЖДАЮ» ¡ООО «Наносенсор»,

д.т.н.

Й.И. Бобринецкий _2017 г.

АКТ

Об использовании в производственном процессе ООО «Наносенсор» научных результатов диссертационной работы на соискание учёной степени кандидата технических наук аспиранта НОЦ ЗМНТ Розанова Р.Ю. на тему «Исследование мемристорного эффекта в тонких плёнках хлоридов меди и хрома».

В производственном процессе ООО «Наносенсор», при разработке интегральных химических сенсоров на основе углеродных нанотрубок и их композитов, используются следующие результаты диссертационной работы Розанова Р.Ю.:

1. Разработанная технология лазерной безмасочной литографии для формирования топологического рисунка на различных подложках.

2. Методика формирования топологического рисунка из прозрачных проводящих плёнок на основе углеродных нанотрубок.

Инженер-разработчик

В.А. Петухов

«УТВЕРЖДАЮ» Генеральнйй директор ООО «НИ0БИС»

АКТ

об использовании в производственном и научно-исследовательском процессе Общества с ограниченной ответственностью «Наноинженерия органических и биологических интегрируемых систем» (ООО «НИОБИС») результатов диссертационной работы на тему «Исследование мемристорного эффекта в тонких плёнках хлоридов меди и хрома» на соискание учёной степени кандидата технических наук аспиранта Научно-образовательного центра «Зондовая микроскопия и нанотехнология» Розанова Романа Юрьевича.

В производственном и научно-исследовательском процессе ООО «НИОБИС» при разработке структур для анализа ростовой активности культур клеток на подложках, покрытых углеродными наноструктурами, использовались следующие результаты работы Розанова Р.Ю.: методика проведения обратной литографии по тонким проводящим слоям углеродных нанотрубок, осаждённых на стеклянные и полимерные подложки.

Ведущий инженер-технолог

Ромашкин А.В.