Enhanced analog switching and neuromorphic performance of ZnO-based memristors with indium tin oxide electrodes for high-accuracy pattern recognition

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作者
Muhammad Ismail,Maria Rasheed,Yongjin Park,Sohyeon Lee,Chandreswar Mahata,Wonbo Shim,Sungjun Kim
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:161 (13) 被引量:2
标识
DOI:10.1063/5.0233031
摘要

This study systematically investigates analog switching and neuromorphic characteristics in a ZnO-based memristor by varying the anodic top electrode (TE) materials [indium tin oxide (ITO), Ti, and Ta]. Compared with the TE materials (Ti and Ta), memristive devices with TEs made of ITO exhibit dual volatile and nonvolatile switching behavior and multistate switching characteristics assessed based on reset-stop voltage and current compliance (ICC) responses. The polycrystalline structure of the ZnO functional layer sandwiched between ITO electrodes was confirmed by high-resolution transmission electron microscopy analysis. The current transport mechanism in the ZnO-based memristor was dominated by Schottky emission, with the Schottky barrier height modulated from 0.26 to 0.4 V by varying the reset-stop voltage under different ICC conditions. The long-term potentiation and long-term depression synaptic characteristics were successfully mimicked by modulating the pulse amplitudes. Furthermore, a 90.84% accuracy was achieved using a convolutional neural network architecture for Modified National Institute of Standards and Technology pattern categorization, as demonstrated by the confusion matrix. The results demonstrated that the ITO/ZnO/ITO/Si memristor device holds promise for high-performance electronic applications and effective ITO electrode modeling.
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