具有線性高速開關(guān)的突觸設(shè)備可以加速硬件中體現(xiàn)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)的學(xué)習(xí)。然而，傳統(tǒng)的電阻性存儲(chǔ)器不受高寫入噪聲和不對稱電導(dǎo)調(diào)諧的影響，從而阻止了ANN陣列的并行編程。電化學(xué)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ECRAM)通過將離子插入氧化還原活性通道來實(shí)現(xiàn)電阻性開關(guān)，其線性開關(guān)和低噪聲旨在解決這些挑戰(zhàn)。然而，使用2D材料和金屬氧化物的ECRAM避免了慢離子動(dòng)力學(xué)，而有機(jī)ECRAM可以實(shí)現(xiàn)高速操作，但由于聚合物的溫度穩(wěn)定性較差，在芯片集成方面面臨挑戰(zhàn)。

?來自斯坦福大學(xué)和瑞典皇家理工學(xué)院的學(xué)者展示了使用2D碳化鈦(Ti3C2Tx)Mxene的ECRAM，它在單個(gè)高性能器件中結(jié)合了有機(jī)物的高速和無機(jī)材料的集成兼容性。這些ECRAM結(jié)合了ANN并行加速所必需的速度、線性度、寫入噪聲、開關(guān)能量和耐久性指標(biāo)，而且重要的是，它們在與硅電子的后端集成所需的熱處理后是穩(wěn)定的。這些ECRAM的高速和高性能引入了MXenes，這是一個(gè)2D碳化物和氮化物大家族，迄今已合成了30多種化學(xué)計(jì)量成分，是運(yùn)行在電化學(xué)和電子學(xué)結(jié)合點(diǎn)的器件的有前途的候選者。相關(guān)文章以“High-Speed Ionic Synaptic Memory Based on 2D Titanium Carbide MXene”標(biāo)題發(fā)表在Advanced Functional Materials。

圖1.采用LBL自組裝的MXene-ECRAM器件架構(gòu)和性能優(yōu)化。a)ECRAM器件原理圖。b)Si上(MXene/TPA)n層(n=10，20，30)多層膜的橫截面掃描電鏡圖像。c)基于原始Ti3C2Tx(黑色虛線)和(MXene/Tapa)n多層膜(有色)的MXene ECRAM在8V s-1的高速柵壓掃描下獲得了近乎線性的高速電阻開關(guān)。d)純Ti3C2Tx(黑色)和LBL組裝(MXene/TPA)10多層膜(藍(lán)色)的XRD圖譜。

圖2.MXene-ECRAM的快速循環(huán)以及與其他離子存儲(chǔ)器的速度比較。a)(MXene/TAPA)10?ECRAM的快速脈沖操作，使用±1-V 4-μs寫入脈沖，隨后為1-μs寫入-讀取延遲和0.1-V 10-μs讀出。b)(MXENE/TAPA)10?ECRAM循環(huán)，使用±1-V 4-μs寫入脈沖(頂部面板)和每次寫入?Q(底部面板)。循環(huán)幾乎是線性的，在ECRAM動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，每次寫入的?Q恒定。

圖3.MXene-ECRAM保持、對>108個(gè)寫-讀事件的耐受能力，以及使用實(shí)驗(yàn)測量的ECRAM寫噪聲進(jìn)行的圖像識(shí)別模擬。a)(MXene/TPA)6將器件編程為指示的源極至柵極電壓(VSG)和FTS至雙指數(shù)衰減(橙色虛線)后，ECRAM狀態(tài)保持在環(huán)境(紅色)中。b)(MXENE/TAPA)6使用±1-V 4-μs寫入脈沖記錄的ECRAM耐力可承受>108個(gè)寫-讀事件(上面板)，在整個(gè)過程中(下面板)具有穩(wěn)定的?Q寫入。

圖4.MXene-ECRAM對高溫的恢復(fù)能力。

這項(xiàng)工作代表了實(shí)現(xiàn)2D MXene大家族作為電化學(xué)可調(diào)材料用于高性能應(yīng)用，特別是用于突觸存儲(chǔ)器的潛力的第一個(gè)基本步驟。據(jù)本文所知，這是基于2D材料的速度最快的離子存儲(chǔ)器，它將以前報(bào)道的材料的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一個(gè)高性能器件中。它還表明，LBL自組裝可以用于應(yīng)對未來的挑戰(zhàn)，方法是在晶片規(guī)模上實(shí)現(xiàn)多層Ti3C2Tx薄膜、Ti3C2Tx以外的MXene，甚至其他2D材料和2D異質(zhì)結(jié)的快速原型制作和基礎(chǔ)研究。（文：SSC）

本信息源自互聯(lián)網(wǎng)僅供學(xué)術(shù)交流 ，如有侵權(quán)請聯(lián)系我們立即刪除。