Novel Three-Dimensional Artificial Neural Network Based on an Eight-Layer Vertical Memristor with an Ultrahigh Rectify Ratio (>107) and an Ultrahigh Nonlinearity (>105) for Neuromorphic Computing

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作者
Lu Chen,Jialin Meng,Jiajie Yu,Jieru Song,Tianyu Wang,Hao Zhu,Qingqing Sun,David Wei Zhang,Lin Chen
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:24 (6): 2018-2024 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.3c04577
摘要

In recent years, memristors have successfully demonstrated their significant potential in artificial neural networks (ANNs) and neuromorphic computing. Nonetheless, ANNs constructed by crossbar arrays suffer from cross-talk issues and low integration densities. Here, we propose an eight-layer three-dimensional (3D) vertical crossbar memristor with an ultrahigh rectify ratio (RR > 107) and an ultrahigh nonlinearity (>105) to overcome these limitations, which enables it to reach a >1 Tb array size without reading failure. Furthermore, the proposed 3D RRAM shows advanced endurance (>1010 cycles), retention (>104 s), and uniformity. In addition, several synaptic functions observed in the human brain were mimicked. On the basis of the advanced performance, we constructed a novel 3D ANN, whose learning efficiency and recognition accuracy were enhanced significantly compared with those of conventional single-layer ANNs. These findings hold promise for the development of highly efficient, precise, integrated, and stable VLSI neuromorphic computing systems.
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