三维神经网络中Nb2O5-x突触器件的脉冲操作模式优化研究.pdf
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微 纳 电 子 与 智 能 制 造
Micro/nano Electronics and Intelligent Manufacturing
第 1卷 第 4期
2019年 12月
Vol. 1 No. 4
Dec. 2019
0 引 言
近年来 ，随着存储器逐渐受市场驱动 ，各类电子
产品对高集成度低功耗的存储器需求日益强烈。随
着工艺尺寸的不断缩小 ，尤其是到 16 nm 技术带以
下 ，Flash 将到达其物理极限
[1]
。阻变存储器作为传
统存储器的潜在替代者一直是研究的热点 ，在神经
形态系统等方面有着重要应用。神经形态系统被认
为可以取代基于冯 ·诺依曼结构的传统计算系统。为
了实现这一系统 ，需要模拟生物突触特性的电子器
件。因此 ，人们提出了基于电阻变化机制的突触器
件 ，如铁电随机存取存储器（FeRAM）
[2]
、磁性 RAM
[3]
、
相变化内存存储器
[4-5]
和电阻存储器（RRAM）
[6-8]
。
特 别 是由 于 RRAM 的 低操作 电压 和 高突 触 密
度 ，使 人 们对基于 CF 的 RRAM 突触的兴 趣 大 大增
加。为了在神经形态系统中实现基于 RRAM 的突触
ZHENG Xu，YU Zhaoan，LUO Qing
（
The Key Laboratory of Microelectronics Device & Integrated Technology, Institude of Microelectronics of Chinese
Academy of Science
，
Beijing 100029
，
China
）
Abstract：：In this thesis, we mainly study the multi-level memory cell (MLC) characteristics of synapses based on TiN/Nb
2
O
5-x
/ PT
3D resistive random access memory (RRAM) in neuromorphic systems. The size of the conducting filament (CF) is changed by
different programming schemes, so that the change of the conductance is close to linear. The results show that the better linearity of
the conductance obtained by optimizing the program can improve the recognition accuracy of the neuromorphic systems.
Keywords：：RRAM; multi-level memory cell (MLC); neuromorphic systems
*基金项目：国家科技重大专项（2017ZX02301007-001）资助
郑旭，硕士，主要研究方向为集成电路工程。E-mail：zhengxu2018@ime.ac.cn
罗庆（通信作者），助理研究员 ，主要研究方向为阻变存储器的三维集成。E-mail：luoqing@ime.ac.cn
三维神经网络中 Nb
2
O
5-x
突触器件的
脉冲操作模式优化研究
*
郑 旭，余兆安，罗 庆
（中国科学院微电子研究所重点实验室 北京 100029）
摘 要：主要研究了基于氮化钛（TiN）/氧化铌（Nb
2
O
5-x
）/铂（Pt）的三维结构阻变存储器（RRAM）的突触器件在神经形态
系统中表现出的多级存储单元（MLC）特性。通过不同的编程方案改变导电细丝（CF）的尺寸 ，使电导的变化接近线性 。
研究结果表明 ，通过优化脉冲方案得到更接近线性变化的电导 ，进而可以提高神经形态系统中的识别精度 。
关键词：3D RRAM；多级存储单元（MLC）；神经形态系统
中图分类号：TP301.6 文献标识码：A 国家标准学科分类代码：510.4
Optimizing the pulse operating mode of Nb
2
O
5-x
synaptic devices
in three-dimensional neural networks
DOI:10.19816/j.cnki.10-1594/tn.000031
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