Синаптические мемристивные структуры для аппаратной реализации нейроморфных систем робототехнических комплексов

Одним из направлений развития современной электроники является изготовление нейроморфных устройств, нейросетей и систем искусственного интеллекта для робототехнического применения, повторяющих принципы работы человеческого мозга, в котором передача информации осуществляется через синапс. Для реализации искусственных синапсов в электронике могут использоваться мемристоры, способные переключаться между различными состояниями и обеспечивать операции обучения и функционирования таких устройств. Способность мемристоров переключаться в широком диапазоне значений позволит применять более тонкую настройку "веса" искусственного синапса, по сравнению с синапсом, реализованным на основе транзисторов. В настоящее время формированию и исследованию мемристоров уделяется огромное внимание в научном сообществе. Выделяют несколько различных групп материалов, проявляющих эффект мемристивного переключения, среди которых выделяются электрохимические оксиды, поскольку в процессе их синтеза происходит генерация кислородных вакансий, обеспечивающих переключение мемристора в процессе его функционирования. Кроме того, мемристоры на основе электрохимических оксидов обладают наилучшими показателями по скорости переключения, диапазону переключаемых состояний и воспроизводимости. Однако, в большинстве случаев, для экспериментальных исследований используются структуры высотой от 50 нм и с латеральными размерами 0,5 мкм и более, что в результате негативно сказывается на степени интеграции элементов на кристалле. Поэтому первой актуальной задачей проекта является формирование и исследование наноразмерных мемристоров на основе электрохимических оксидов высотой до 10 нм. Кроме того, анализ литературы показал, что в большинстве работ не затрагивается глубокий анализ физико-химических процессов резистивного переключения мемристора. Авторы только на словах описывают физико-химические процессы в объеме оксида, не приводя количественных характеристик или качественных оценок перемещения кислородных вакансий и соответствующих им мемристивным переключениям. Поэтому второй актуальной задачей проекта является экспериментальное исследование и теоретические расчеты физико-химических процессов в объеме оксидных наноструктур, приводящих к эффекту резистивного переключения. Другой актуальной задачей проекта является формирование и исследование параметров искусственных синапсов на основе электрохимического оксида, а также получение структуры нейронной сети на основе представленных искусственных синапсов.