Analog ferroelectric domain-wall memories and synaptic devices integrated with Si substrates

神经形态工程学 突触重量 材料科学 记忆电阻器 铁电性 冯·诺依曼建筑 电导 计算机科学 光电子学 人工神经网络 电子工程 人工智能 物理 电介质 凝聚态物理 工程类 操作系统
作者
Chao Wang,Tianyu Wang,Wendi Zhang,Jun Jiang,Chun-Rong Lin,Anquan Jiang
出处
期刊:Nano Research [Springer Nature]
卷期号:15 (4): 3606-3613 被引量:12
标识
DOI:10.1007/s12274-021-3899-5
摘要

Brain-inspired neuromorphic computing can overcome the energy and throughput limitations of traditional von Neumann-type computing systems, which requires analog updates of their artificial synaptic strengths for the best recognition performance and low energy consumption. Here, we report synaptic devices made from highly insulating ferroelectric LiNbO3 (LNO) thin films bonded to SiO2/Si wafers. Through the creation/annihilation of periodically arrayed antiparallel domains within LNO nanocells, which are stimulated using positive/negative voltage pulses (synaptic plasticity), we can modulate the synaptic conductance linearly by controlling the number of the conducting domain walls. The multilevel conductance is nonvolatile and reproducible with negligible dispersion over 100 switching cycles, representing much better performance than that of random defect-based nonlinear memristors, which generally exhibit large-scale resistance dispersion. The simulation of a neuromorphic network using these LNO artificial synapses achieves 95.6% recognition accuracy for faces, thus approaching the theoretical yield of ideal neuromorphic computing devices.
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