Лазерный синтез мемристорных структур на основе оксидов переходных металлов V, Nb, Ta в кроссбар-геометрии и реализация основных аппаратных элементов нейроморфных систем нейристора и синаптора на их основе

Реализация био-подобных «нейроморфных» систем решит проблему создания менее уязвимых для накопления ошибок, более скоростных энергоэффективных вычислительных устройств. Нейроморфные функциональные возможности могут быть реализованы с использованием резистивного переключения энергозависимых и энергонезависимых мемристорных структур, на основе которых будут созданы новые типы элементов искусственного интеллекта нейристоры и синапторы, выполняющие функции искусственных синапсов и нейронов человеческого мозга. В настоящее время для разработки нейроморфных систем искусственного интеллекта необходимо как исследование механизмов резистивного переключения мемристорных устройств, работающих на новых физических принципах, так и поиск новых материалов для их создания.Проект направлен на разработку топленочных мемристорных структур на основе оксидов переходных металлов V, Nb, T в кроссбар-геометрии, исследование природы механизмов резистивного переключения и влияние на них ростовых дефектов, а также создание нейристора на основе VO2-х, NbO2-х и синаптора на основе Ta2O5-х - новых типов элементной базы нейроморфных систем искусственного интеллекта. В ходе выполнения проекта будут получены следующие результаты: впервые методом импульсного лазерного осаждения в бескапельном режиме будут созданы тонкие пленки оксидов переходных металлов VO2-х, NbO2-х, Ta2O5-х. Будет определена степень окисления активных областей мемристорных структур и исследовано влияние ростовых дефектов, а также термического отжига на электрофизические и структурные свойства полученных пленок. Впервые будет разработан и создан оригинальный экспериментальный стенд для исследования энергозависимых и энергонезависимых мемристорных структур, позволяющий исследовать кинетику переключений мемристора при различных температурах от 10К до 340К, для которого будут написаны управляющие программы. Впервые будут созданы энергозависимые на основе VO2-х, NbO2-х и энергонезависимые на основе Ta2O5-х мемристорные структуры в кроссбар-геометрии с применением благородных, химически активных металлов, а также прозрачных проводящих электродов в качестве контактов мемристора. В криогенной установке замкнутого цикла методом ВАХ будут исследованы механизмы резистивного переключения энергозависимых мемристорных структур, полученных на основе VO2-х, NbO2-х при температурах ниже фазового перехода с целью снятия эффектов нагрева, способных влиять на резистивное переключение. Будет исследована зависимость величины и поведения отрицательного дифференциального сопротивления мемристоров от температуры, прикладываемого напряжения, концентрации вакансий кислорода в активной области и термического отжига. Будут созданы как новые типы элементной базы нейроморфных систем искусственного интеллекта нейристоры на основе энергозависимых мемристорных структур с использованием VO2-х, NbO2-х и синапторы на основе энергонезависимых мемристорных структур, созданных на основе Ta2O5-х. Будут исследованы накопительные и релаксационные электрические характеристики нейристора. Будет определена величина электрического пробоя вновь приготовленных энергонезависимых мемристорных структур на основе Ta2O5-х. В зависимости от типа металла контактов будет исследована способность таких структур изменять сопротивление при подаче следующего импульса в зависимости от предыдущего значения сопротивления синаптора, синаптическая пластичность, что имитирует поведение памяти синапсов головного мозга.Проект, базируется на недавно полученных авторами результатах по созданию мемристорных структур на основе TiO2, VO2, ZnO:Co и, безусловно, носит междисциплинарный характер. Участники проекта имеют высокую квалификацию и обладают многообразием возможностей, необходимыми для решения заявленных в проекте задач.