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Highly Efficient Invisible TaOx/ZTO Bilayer Memristor for Neuromorphic Computing and Image Sensing

神经形态工程学 记忆电阻器 重置(财务) 像素 材料科学 计算机科学 光电子学 图像传感器 电子工程 人工智能 人工神经网络 工程类 经济 金融经济学
作者
Dayanand Kumar,Saransh Shrivastava,Aftab Saleem,Amit Singh,Hoonkyung Lee,Yeong‐Her Wang,Tseung‐Yuen Tseng
出处
期刊:ACS applied electronic materials [American Chemical Society]
卷期号:4 (5): 2180-2190 被引量:27
标识
DOI:10.1021/acsaelm.1c01152
摘要

In today's new era, multifunctional devices are most prominent due to their compact design, reduction in operating cost, and reduced need of being limited to single functional devices. The electronic synapses and electro-optic functions of the device are such a cornerstone for neuromorphic computing and image sensing applications. In this work, we fabricate a ZTO-based invisible memristor for simulating the human brain for neuromorphic computing and image sensing applications. Long-term potentiation and depression─at least 790─repetitive cycles are observed which ensures the synaptic strength. The first-principles density functional theory calculations give insights into the device's microscopic charge density distribution and switching mechanism. The experimental potentiation and depression data are used to train the Hopfield neural network (HNN) for image recognition of 28 × 28 pixels comprising 784 synapses. The HNN can be successfully trained to identify the input image with a training accuracy of more than 96% in 17 iterations. Furthermore, the device shows excellent highly stable electrical set and optical reset endurance for at least 1500 cycles without degradation, good retention (104 s) at 90 °C, and high transparency (∼85%). This work not only enables us to use our device in artificial intelligence but also provides a significant advantage in the field of image sensing.
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