Flexible TiO2-WO3−x hybrid memristor with enhanced linearity and synaptic plasticity for precise weight tuning in neuromorphic computing

神经形态工程学 记忆电阻器 突触重量 突触可塑性 可塑性 神经科学 计算机科学 线性 材料科学 神经可塑性 人工神经网络 电子工程 人工智能 心理学 医学 工程类 内科学 复合材料 受体
作者
Jianyong Pan,Hao Kan,Zhaorui Liu,Song Gao,Enxiu Wu,Yang Li,Chunwei Zhang
出处
期刊:npj flexible electronics [Nature Portfolio]
卷期号:8 (1)
标识
DOI:10.1038/s41528-024-00356-6
摘要

Tungsten oxide (WO3)-based memristors show promising applications in neuromorphic computing. However, single-layer WO3 memristors suffer from issues such as weak memory performance and nonlinear conductance variations. In this work, a functional layer based on the hybrids of WO3−x and TiO2 is proposed for constructing flexible memristors featuring outstanding synaptic characteristics. Applying diverse electrical stimulations to the memristor enables a range of synaptic functions, elucidating its conduction mechanism through the conductive filament model. The incorporation of TiO2 not only enhances the memristor's memory characteristics but makes its conductance more linear, symmetrical and uniform during the long-term changes. Furthermore, in view of the enhanced device performance by TiO2 doping, the potential of this device for simple behavioral simulation and processing of complex computing problems is explored. The "learning-forgetting-relearning" characteristics and device integrability are visually demonstrated. Applying the device to a convolutional neural network, the recognition accuracy of MNIST handwritten digits reaches 98.7%.
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