在信息爆炸式增長、超級計算能力日益重要的今天,依靠微縮晶體管提升計算性能的方式難以維持,馮諾依曼架構(gòu)的存算分離瓶頸使這一問題日益凸顯。憶阻器是一種新原理納米信息器件,憑借低功耗、高速度、高集成度、兼具計算存儲融合的優(yōu)勢,成為“后摩爾”時代突破馮諾依曼計算架構(gòu)的關(guān)鍵器件。本文針對適合于二值邏輯計算的非晶硅基憶阻器件進行了電學測試分析,結(jié)合憶阻器電化學導電機理,建立了可用于電路仿真的非晶硅基憶阻器緊湊模型。采用擇多-非-圖（MIGs）邏輯架構(gòu),設(shè)計了基于憶阻器的非易失基本邏輯運算單元,該基本單元不僅可以實現(xiàn)完備的MIGs邏輯計算,還與憶阻器的存儲結(jié)構(gòu)crossbar兼容,實現(xiàn)了計算存儲融合。最后,設(shè)計了基本計算單元的級聯(lián)方法,采用本文設(shè)計的非晶硅憶阻器緊湊模型,仿真實現(xiàn)了crossbar陣列中一位全加器的運算,且運算步驟和參加運算的憶阻器數(shù)目較少,在同類研究中處于先進水平。本文的主要工作如下:第二章綜述了憶阻器的物理模型及基于憶阻器的MIGs計算方法。首先綜述了憶阻器的宏觀物理模型和隨機物理模型,其次對基于憶阻器的邏輯計算原理及MIGs計算方法進行了介紹。第三章對非晶硅憶阻器進行測量分析,... 

【文章來源】：國防科技大學湖南省 211工程院校 985工程院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

013年和2015年國際半導體技術(shù)路線對門長度的預(yù)測

圖 1.2 馮諾依曼架構(gòu)示意圖[5]信息存儲與邏輯計算融合的新型計算架構(gòu)是一種解決“馮諾依。將存儲與計算從物理與過程兩方面進行融合，不但減小了信中的傳遞距離、降低延遲，并且避免很多不必要的讀取寫入操算機性能。作為一種非易失的存儲介質(zhì)，憶阻器也具有實現(xiàn)邏件兩端電壓的變換或利用器件之間電阻耦合的特性，憶阻器能。因此低功耗、高速度、高集成度、兼具信息存儲與計算功顛覆性計算技術(shù)的一種可能。 憶阻器應(yīng)用于非易失計算的優(yōu)勢器（Memristor）概念于 1971 年由加州大學伯克利分校蔡少棠8 年由美國惠普（HP）實驗室在 TiO2器件中首先實現(xiàn)[8]。憶荷流經(jīng)的方向和數(shù)量發(fā)生相應(yīng)變化；當不再有電荷流經(jīng)時，阻非易失性。憶阻器的非易失電阻轉(zhuǎn)變特性既可滿足存儲器的大的開關(guān)窗口（＞10）實現(xiàn)邏輯運算，能夠融合存儲與計算功

圖 1.3 幾種候選納米器件與現(xiàn)有晶體管 SRAM 性能比較[32]1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)研究現(xiàn)狀主要從憶阻器阻值轉(zhuǎn)變機制，應(yīng)用于邏輯運算的憶阻器件，基于憶阻器的邏輯邏輯運算方法和架構(gòu)進行介紹。1.2.1 憶阻器阻值轉(zhuǎn)變機制2009 年，亞琛工業(yè)大學的 Waser 教授根據(jù)主導電阻轉(zhuǎn)變行為的物理化學機制，將電阻轉(zhuǎn)變機制分為納米機械機制、分子轉(zhuǎn)變機制、靜電電子機制、電化學金屬化機制、化學價變化機制、熱化學機制、相變存儲機制、磁電阻機制、鐵電隧穿機制等[33]。在憶阻器中使用的阻值轉(zhuǎn)變機理主要為：電化學金屬化(ElectrochemicalMetallization,，ECM)理論和化學價變化機制。其中電化學金屬化理論在 Waser 教授 2009 年的文章中對電化學金屬化理論器件的轉(zhuǎn)變機制進行總結(jié)歸納，并提出ECM 模型[33]，該模型認為 ECM 器件產(chǎn)生電阻轉(zhuǎn)變現(xiàn)象的原因是在電激勵下固態(tài)


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