Investigation of the synaptic device based on the resistive switching behavior in hafnium oxide

Metal-oxide based electronics synapse is promising for future neuromorphic computation application due to its simple structure and fab-friendly materials. HfOx resistive switching memory has been demonstrated superior performance such as high speed, low voltage, robust reliability, excellent repeatability, and so on. In this work, the HfOx synaptic device was investigated based on its resistive switching phenomenon. HfOx resistive switching device with different electrodes and dopants were fabricated. TiN/Gd:HfOx/Pt stack exhibited the best synaptic performance, including controllable multilevel ability and low training energy consumption. The training schemes for memory and forgetting were developed.     

一种基于有源忆阻器模型的混沌电路

提出一种内部状态变量导数中含有平方项的有源忆阻器模型;并基于该模型构造了一个仅含电容、电感和忆阻器三个元件的混沌电路系统。该系统仅包含有一个平衡点;且吸引子关于原点中心对称。通过系统的李雅普诺夫指数谱和分岔图发现,在不同的电阻参数下该系统会以混沌危机和倒分岔两种方式退出混沌。最后,利用运算放大器等对该忆阻器进行电路模拟,给出了混沌系统的电路实现。     

类脑计算的基础元件：从忆阻元到分忆抗元

讨论一种新颖的类脑计算的基础元件:分忆抗元(分数阶忆阻元).忆阻元的概念从经典的整数阶推广到分数阶忆阻元，即分忆抗元.分忆抗元是分数阶忆阻元的一个合成词.分忆抗值是分忆抗元的分数阶阻抗.因此，可以很自然地想到一系列具有挑战性的理论难题:分忆抗元和传统的分抗元以及著名的忆阻元的关系是什么;关于介于忆阻元和电容元或电导元之间的内插特性是什么;以及关于分忆抗元在蔡氏电路周期表中的位置在哪里;任意阶理想的容性分忆抗元和感性分忆抗元的分忆抗值的一般表达式是什么;分忆抗元的度量单位和物理量纲是什么;鉴别分忆抗元的指纹特征是什么;如何通过普通的忆阻和电容与电感以模拟电路形式有效实现任意分数阶忆阻元.基于大量的前期探索性研究成果，对上述一系列理论难题进行了初步探讨.分忆抗元解决了分抗元很难实现记忆端口电荷或磁通量的功能，而且分忆抗元可作为一种基本电路元件应用到混沌系统、神经元电路、神经网络电路等的设计.     

基于改进忆阻器的混沌电路研究

忆阻器是一种具有记忆和连续输出特点的非线性电阻器,针对窗函数忆阻器模型的不足,提出了一种改进的窗函数,它通过添加一个参数来关联忆阻器的线性与非线性特性。为了对该窗函数进行验证,运用了数值分析与模拟电路分析的方法,仿真得出了忆阻器的伏安特性曲线,结果表明,使用改进窗函数的忆阻器模型更加接近实际物理状态。同时,为了进一步研究该模型的电路特性,将该模型应用于蔡氏混沌电路,通过MATLAB仿真得出其相图,并分析它的李雅普诺夫指数谱,数据表明该电路能产生混沌现象,因此,该忆阻器模型是一个能被应用的非线性模型。     

一种忆阻扫描触发器设计

基于惠普公司的忆阻器模型,提出一种可支持断电模式的选择扫描触发器电路.数据可以从主从触发器中被传输存储到忆阻器中,在触发器被断电期间,忆阻器一直保持该数据.当扫描触发器处于唤醒时刻,忆阻器所保持的数据可以被控制回传到主从触发器中.采用惠普公司提供的忆阻器模拟电路仿真模型进行仿真验证,仿真数据及波形表明,该电路可以满足集成电路的低功耗扫描测试需求.     

忆阻器和量子元胞自动机纳电子超混沌系统的函数投影同步研究

研究了忆阻超混沌系统与量子细胞神经网络的函数投影同步问题。通过对2个超混沌系统的理论分析,设计了同步控制器,实现了异结构超混沌系统的函数投影同步,并运用Lyapunov原理进行了稳定性证明。同时,进一步理论推导了量子细胞神经网络中不确定参数的系数向量线性无关性,实现了对不确定参数的估计。仿真结果表明2个超混沌系统的函数投影同步取得了良好的效果,系统的不确定参数也逐渐回归到理想值。文中的研究结果为纳电子混沌系统在保密通信中的应用提供了一定的理论指导。