A Self-Rectifying Synaptic Memristor Array with Ultrahigh Weight Potentiation Linearity for a Self-Organizing-Map Neural Network

神经形态工程学 记忆电阻器 长时程增强 突触重量 人工神经网络 材料科学 计算机科学 横杆开关 光电子学 人工智能 电子工程 电信 化学 工程类 生物化学 受体
作者
Hengjie Zhang,Biyi Jiang,Chuantong Cheng,Beiju Huang,Huan Zhang,Run Chen,Jiayi Xu,Yulong Huang,Hongda Chen,Weihua Pei,Yang Chai,Feichi Zhou
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:23 (8): 3107-3115 被引量:87
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.2c03624
摘要

Two-terminal self-rectifying (SR)-synaptic memristors are preeminent candidates for high-density and efficient neuromorphic computing, especially for future three-dimensional integrated systems, which can self-suppress the sneak path current in crossbar arrays. However, SR-synaptic memristors face the critical challenges of nonlinear weight potentiation and steep depression, hindering their application in conventional artificial neural networks (ANNs). Here, a SR-synaptic memristor (Pt/NiO x /WO 3– x:Ti/W) and cross-point array with sneak path current suppression features and ultrahigh-weight potentiation linearity up to 0.9997 are introduced. The image contrast enhancement and background filtering are demonstrated on the basis of the device array. Moreover, an unsupervised self-organizing map (SOM) neural network is first developed for orientation recognition with high recognition accuracy (0.98) and training efficiency and high resilience toward both noises and steep synaptic depression. These results solve the challenges of SR memristors in the conventional ANN, extending the possibilities of large-scale oxide SR-synaptic arrays for high-density, efficient, and accurate neuromorphic computing.
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