Self-Assembled Au Nanoelectrodes: Enabling Low-Threshold-Voltage HfO2-Based Artificial Neurons

神经形态工程学 材料科学 纳米技术 电阻随机存取存储器 随机性 阈值电压 光电子学 阈下传导 电压 计算机科学 电气工程 晶体管 人工神经网络 工程类 机器学习 统计 数学
作者
Hongyi Dou,Zehao Lin,Zedong Hu,Benson Kunhung Tsai,Dongqi Zheng,Jiawei Song,Juanjuan Lu,X. Zhang,Q. X. Jia,Judith L. MacManus‐Driscoll,Peide D. Ye,Haiyan Wang
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:23 (21): 9711-9718 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.3c02217
摘要

Filamentary-type resistive switching devices, such as conductive bridge random-access memory and valence change memory, have diverse applications in memory and neuromorphic computing. However, the randomness in filament formation poses challenges to device reliability and uniformity. To overcome this issue, various defect engineering methods have been explored, including doping, metal nanoparticle embedding, and extended defect utilization. In this study, we present a simple and effective approach using self-assembled uniform Au nanoelectrodes to controll filament formation in HfO2 resistive switching devices. By concentrating the electric field near the Au nanoelectrodes within the BaTiO3 matrix, we significantly enhanced the device stability and reduced the threshold voltage by up to 45% in HfO2-based artificial neurons compared to the control devices. The threshold voltage reduction is attributed to the uniformly distributed Au nanoelectrodes in the insulating matrix, as confirmed by COMSOL simulation. Our findings highlight the potential of nanostructure design for precise control of filamentary-type resistive switching devices.
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