Artificial Neural Network Classification Using Al-Doped HfOx-Based Ferroelectric Tunneling Junction with Self-Rectifying Behaviors

量子隧道 兴奋剂 铁电性 人工神经网络 材料科学 光电子学 凝聚态物理 计算机科学 物理 人工智能 电介质
作者
Eunjin Lim,Dongyeol Ju,Jung Woo Lee,Yongjin Park,Min‐Hwi Kim,Sungjun Kim
出处
期刊:ACS materials letters [American Chemical Society]
卷期号:6 (6): 2320-2328 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsmaterialslett.3c01587
摘要

In this study, we meticulously engineered an Al-doped hafnia-based ferroelectric tunneling junction (FTJ) with a metal–ferroelectric–silicon (MFS) structure. We conducted a thorough analysis of its memory characteristics, revealing a substantial remnant polarization of 24.17 μC/cm2, a noteworthy tunneling electroresistance value of 265, exceptional endurance with 106 operational cycles, and robust retention (>104 s), thereby demonstrating the viability of the FTJ as a nonvolatile memory device. Additionally, through rectification of this MFS FTJ, an effective array scale of approximately 1349 with a modified read scheme was ensured. Expanding our study of neuromorphic applications, we explored phenomena such as potentiation/depression, paired-pulse facilitation (PPF), excitatory postsynaptic currents (EPSC), and spike-rate-dependent plasticity (SRDP). Notably, this memristor has outstanding potential for visual memory processing. In conclusion, our findings unequivocally underscore the immense potential of the hafnia-based FTJ for applications in neural networks, emphasizing its significance in advancing neuromorphic computing.

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