HfO2‐Based Memristor as an Artificial Synapse for Neuromorphic Computing with Tri‐Layer HfO2/BiFeO3/HfO2 Design

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作者
Zehui Peng,Facai Wu,Li Jiang,Guangsen Cao,Bei Jiang,Gong Cheng,Shanwu Ke,Kuan‐Chang Chang,Lei Li,Cong Ye
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (48) 被引量:156
标识
DOI:10.1002/adfm.202107131
摘要

Abstract Neuromorphic devices are among the most emerging electronic components to realize artificial neural systems and replace traditional complementary metal–oxide semiconductor devices in recent times. In this work, tri‐layer HfO 2 /BiFeO 3 (BFO)/HfO 2 memristors are designed by inserting traditional ferroelectric BFO layers measuring ≈4 nm after thickness optimization. The novel designed memristor shows excellent resistive switching (RS) performance such as a storage window of 10 4 and multi‐level storage ability. Remarkably, essential synaptic functions can be successfully realized on the basis of the linearity of conductance modulation. The pattern recognition simulation based on neuromorphic network is conducted with 91.2% high recognition accuracy. To explore the RS performance enhancement and artificial synaptic behaviors, conductive filaments (CFs) composed of Hafnium (Hf) single crystal with a hexaganal lattice structure are observed using high‐resolution transmission electron microscopy. It is reasonable to believe that the sufficient oxygen vacancies in the inserting BFO thin film play a crucial role in adjusting the morphology and growth of Hf CFs, which leads to the promising synaptic and enhanced RS behavior, thus demonstrating the potential of this memristor for use in neuromorphic computing.
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