Самопрограммирующийся гибридный нано мемристор создан в лаборатории фирмы Hewlett Packard

Еще в 1971 году была предсказана возможность построения принципиально нового пассивного электронного элемента — мемристора (мемристор, англ. memristor, от memory – «память», и resistor  – «электрическое сопротивление»), первый же рабочий образец мемристора появился в 2008-м. Итак, основные свойства мемристора – будучи пассивным электроэлементом, способен изменять свое сопротивление; может быть описан как двухполюсник с нелинейной вольт-амперной характеристикой; обладает гистерезисом; сопротивление двухполюсника изменяется в зависимости от общей величины заряда, проходящего через элемент; сохраняет свое состояние при выключении питания (то есть может служить энергонезависимым запоминающим устройством).

Для реализации возможностей мемристоров необходимо включать их в цепь совместно с активными элементами (транзисторами). Об успешном создании такой микросхемы недавно объявили специалисты из компании НР (Hewlett Packard) в Пало-Альто (США). По заявлению ученых, им удалось осуществить программирование наномемристора средствами гибридной схемы и обеспечить его функционирование в режимах логического элемента, запоминающего устройства и коммутатора сигналов. Результаты исследований опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (Borghetti, Julien; Li, Zhiyong; Straznicky, Joseph; Li, Xuema; Ohlberg, Douglas A. A.; Wu, Wei; Stewart, Duncan R.; and Williams, R. Stanley. “A hybrid nanomemristor/transistor logic circuit capable of self-programming.” PNAS, February 10, 2009, vol. 106, no. 6, 1699–1703).

Созданный специалистами НР макет гибридной схемы представляет собой матрицу из 42 проволок диаметром 40 нм, половина которых протягивается в произвольном направлении параллельно друг другу, а вторая половина — под углом 900 к выбранному на первом этапе направлению. Слой полупроводникового материала (диоксида титана, TiO2) толщиной 20 нм располагается между взаимно перпендикулярными проволоками в местах их пересечения, формируя набор мемристоров. Важно, что на физическом уровне значение проводимости мемристора определяется распределением легирующей примеси в полупроводнике (положительно заряженных кислородных вакансий); к примеру, при подаче положительного напряжения смещения сопротивление элемента увеличивается. Полученную конструкцию окружает массив полевых транзисторов, которые соединяются с выводами мемристоров металлическими проводниками.

HP_Memristor1_022809.jpg Рис.1. A) Оптическая микрофотография двух соединенных наносетка (наномемристор)/транзистор микросхем. Вставка (В) – отдельное электронно-микроскопическое изображение наносетки (наномемристора). (Фото: National Academy of Sciences, USA.)

Тестирование схемы включало в себя два этапа. Сначала исследователи оценили работоспособность мемристоров в режиме логических элементов: схема должна была выполнить простую логическую операцию вида (AB + CD), где начальные значения переменных А, В, С и D задаются напряжениями на цифровых входах. Вычисления производились мемристорами, расположенными в двух разных рядах, а выходные сигналы подавались на транзисторы и усиливались ими. Получив удовлетворительные результаты, специалисты перешли к следующей стадии эксперимента: изучению «автопрограммируемого» мемристора.

Схема опыта была модифицирована следующим образом (см. рисунок 2): число запрограммированных изначально мемристоров сократилось до двух (соответственно, выполняемая ими логическая операция — И-НЕ — также максимально упростилась), а выходной сигнал, обозначенный на иллюстрации зеленым, посылался на транзистор, выдававший напряжение VOUT на тот мемристор, который предполагалось программировать. На второй иллюстрации дополнительно отмечены значения входных переменных (VА и VВ) и напряжения питания транзисторов (V1, V2, V′1 и V′2). Этот эксперимент также завершился удачно – проводимость заданного элемента была изменена.

HP_Memristor2_022809.jpg Рис.2. Схема экспериментов с автопрограммируемым мемристором. Запрограммированные мемристоры обозначены черными точками, объект конфигурирования – окружностью (иллюстрация из статьи).

Ученые надеются, что созданный ими прототип гибридной цепи послужит основой для интеграции мемристоров в существующие на сегодняшний день схемы.

Евгений Биргер

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.6 (7 votes)
Источник(и):

http://www.physorg.com/…4865950.html



Категории статьи