Cluster-type analogue memristor by engineering redox dynamics for high-performance neuromorphic computing

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作者
Jaehyun Kang,Tae-Yoon Kim,Suman Hu,Jaewook Kim,Joon Young Kwak,Jongkil Park,Jong‐Keuk Park,Inho Kim,Suyoun Lee,Sang‐Bum Kim,YeonJoo Jeong
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:54
标识
DOI:10.1038/s41467-022-31804-4
摘要

Abstract Memristors, or memristive devices, have attracted tremendous interest in neuromorphic hardware implementation. However, the high electric-field dependence in conventional filamentary memristors results in either digital-like conductance updates or gradual switching only in a limited dynamic range. Here, we address the switching parameter, the reduction probability of Ag cations in the switching medium, and ultimately demonstrate a cluster-type analogue memristor. Ti nanoclusters are embedded into densified amorphous Si for the following reasons: low standard reduction potential, thermodynamic miscibility with Si, and alloy formation with Ag. These Ti clusters effectively induce the electrochemical reduction activity of Ag cations and allow linear potentiation/depression in tandem with a large conductance range (~244) and long data retention (~99% at 1 hour). Moreover, according to the reduction potentials of incorporated metals (Pt, Ta, W, and Ti), the extent of linearity improvement is selectively tuneable. Image processing simulation proves that the Ti 4.8% :a-Si device can fully function with high accuracy as an ideal synaptic model.
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