A Robust Memristor Based on Epitaxial Vertically Aligned Nanostructured BaTiO3−CeO2 Films on Silicon

材料科学 铁电性 记忆电阻器 外延 光电子学 纳米技术 电子工程 电介质 图层(电子) 工程类
作者
Xiaobing Yan,Haidong He,Gongjie Liu,Zhen Zhao,Yifei Pei,Pan Liu,Jianhui Zhao,Zhenyu Zhou,Kaiyang Wang,Hongwei Yan
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (23) 被引量:71
标识
DOI:10.1002/adma.202110343
摘要

With the exploration of ferroelectric materials, researchers have a strong desire to explore the next generation of non-volatile ferroelectric memory with silicon-based epitaxy, high-density storage, and algebraic operations. Herein, a silicon-based memristor with an epitaxial vertically aligned nanostructures BaTiO3 -CeO2 film based on La0.67 Sr0.33 MnO3 /SrTiO3 /Si substrate is reported. The ferroelectric polarization reversal is optimized through the continuous exploring of growth temperature, and the epitaxial structure is obtained, thus it improves the resistance characteristic, the multi-value storage function of five states is achieved, and the robust endurance characteristic can reach 109 cycles. In the synapse plasticity modulated by pulse voltage process, the function of the spiking-time-dependent plasticity and paired-pulse facilitation is simulated successfully. More importantly, the algebraic operations of addition, subtraction, multiplication, and division are realized by using fast speed pulse of the width ≈50 ns. Subsequently, a convolutional neural network is constructed for identifying the CIFAR-10 dataset, to simulate the performance of the device; the online and offline learning recognition rate reach 90.03% and 92.55%, respectively. Overall, this study paves the way for memristors with silicon-based epitaxial ferroelectric films to realize multi-value storage, algebraic operations, and neural computing chip applications.
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