Британская группа под руководством доктора Бабака Бахита (Babak Bakhit) с кафедры материаловедения и металлургии Кембриджского университета создала мемристор на основе оксида гафния. Устройство потребляет токи примерно в миллион раз меньше по сравнению с обычными аналогами. Проще говоря, нейроморфные системы на таких компонентах способны тратить на 70% меньше энергии.
Изображение - ChatGPT
Ученые нанесли многокомпонентную тонкую пленку в два этапа. Добавили к оксиду гафния стронций и титан. В итоге слой p-типа Hf(Sr,Ti)O2 самостоятельно организовал pn-переход с нижележащим слоем оксинитрида титана n-типа.
В чем принципиальная разница? Большинство существующих мемристоров работают через нитевидное переключение — проводящие пути внутри оксида растут и рвутся. Это стохастический процесс. Одно устройство от другого отличается, цикл от цикла — тоже. Точность вычислений страдает.
Новый чип переключается иначе. Сопротивление меняется за счет смещения энергетического барьера на границе интерфейса. Никаких хаотичных нитей. «Устройства с нитевидными элементами страдают от непредсказуемого поведения», — пояснил Бахит. — «Но наши переключаются на границе раздела, поэтому работают стабильно».
Показатели впечатляют. Токи переключения — 10⁻⁸ ампер и ниже. Сохранение состояния — больше 100 тысяч секунд. Выносливость — свыше 50 тысяч циклов. При импульсах 1,0 В (как у биологических нейронов) устройство выдает более 50 уровней проводимости без насыщения. Энергия синаптического обновления — от 45 фемтоджоулей до 2,5 пикоджоулей.
Однако есть препятствие. Процесс осаждения требует около 700 °C. Это выше стандартных допусков CMOS-технологий. «Сейчас это главная проблема», — признал Бахит. — «Мы работаем над снижением температуры».