Нелинейно-динамический подход в анализе нестабильности параметров мемристора
https://doi.org/10.17073/1609-3577-2019-4-253-261
Аннотация
Однако далее развивается компактная модель, в которой состояние такой сети агрегировано до трех фазовых переменных: длина филамента, его суммарный заряд и локальная температура. Несмотря на кажущийся физический смысл, все переменные имеют формальный характер, присущий обычно параметрам компактных моделей. Модель состоит из одного алгебраического уравнения, двух дифференциальных и одного уравнения интегральной связи и наследована из простейшей модели Струкова. Поэтому в ней используется подход функции окна. Указывается, что, согласно теореме Пуанкаре—Бендиксона, этого достаточно для объяснения нестабильности четырех ключевых параметров (напряжений переключения и сопротивлений) при циклировании мемристора. На небольшой выборке экспериментальных данных проанализированы Фурье-спектры временного ряда этих параметров. Данные относятся к структуре TiN/HfOx/Pt (0 < x < 2). Предварительный вывод, требующий дальнейшей проверки, заключается в преобладании низких частот и стохастичности появления частот.
Об авторе
И. В. МатюшкинРоссия
Матюшкин Игорь Валерьевич — канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник отдела функциональной электроники
Список литературы
1. Тарков М. С. Реализация нейронной WTA-сети на мемристорном кроссбаре // Прикладная дискретная математика. Приложение. 2015. Вып 8. С. 151—154. DOI: 10.17223/2226308X/8/59
2. Wang Z., Wu H., Burr G. W., Hwang C. S., Wang K. L., Xia Q., Yang J. J. Resistive switching materials for information processing // Nature Rev. Mater. 2020. V. 5. P. 173—195. DOI: 10.1038/s41578-019-0159-3
3. Zhao M., Gao B., Tang J., Qian H., Wu H. Reliability of analog resistive switching memory for neuromorphic computing // Appl. Phys. Rev. 2020. V. 7, Iss. 1. P. 011301(16pp.). DOI: 10.1063/1.5124915
4. Benderli S. Wey T. A. On SPICE macromodeling of TiO2 memristors // Electronics Lett. 2009. V. 45, N 7. P. 377—379. DOI: 10.1049/EL.2009.3511
5. Pickett M. D., Strukov D. B., Borghetti J. L., Yang J. J., Snider G. S., Stewart D. R., Williams R. S. Switching dynamics in titanium dioxide memristive devices // J. Appl. Phys. 2009. V. 106, Iss. 7. P. 074508. DOI: 10.1063/1.3236506
6. Yakopcic C., Taha T. M., Subramanyam G., Pino R. E., Rogers S. A memristor device model // IEEE Electron Device Letters. 2011. V. 32, Iss. 10. P. 1436—1438. DOI: 10.1109/LED.2011.2163292
7. Chua L. Memristor. The missing circuit element // IEEE Transactions on Circuit Theory. 1971. V. 18, Iss. 5. P. 507—519. DOI: 10.1109/TCT.1971.1083337
8. Chang H., Song Q., Li Y., Wang Z., Chen G. Unstable limit cycles and singular attractors in a two-dimensional memristor-based dynamic system // Entropy. 2019. V. 21, N 4. P. 415 (10pp.). DOI: 10.3390/e21040415
9. Mikheev R., Teplov G., Matyushkin I. Compact model of nonlinear dynamics while the cycling of a memristor // 2019 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). St. Petersburg; Moscow (Russia), 2019. P. 2057—2061. DOI: 10.1109/EIConRus.2019.8657191
10. Pershin Y. V., Slipko V. A. Dynamical attractors of memristors and their networks // EPL (Europhysics Letters). 2019. V. 125, N 2. P. 20002. DOI: 10.1209/0295-5075/125/20002
11. Pershin Y. V., Slipko V. A. Bifurcation analysis of a TaO memristor model // J. Phys. D: Appl. Phys. 2019. V. 52, N 50. P. 505304. DOI: 10.1088/1361-6463/ab4537
12. Crutchfield J. P., Young K. Computation at the onset of chaos // Entropy, Complexity, and the Physics of Information. Ed. by W. Zurek. Addison-Wesley, Reading, 1990. P. 223—269. URL: http://csc.ucdavis.edu/~cmg/papers/CompOnset.pdf
13. Csaba G., Porod W. Coupled oscillators for computing: A review and perspective // Appl. Phys. Rev. 2020. V. 7, Iss. 1. P. 011302. DOI: 10.1063/1.5120412
14. Malagarriga D., García-Vellisca M. A., Villa A. E. P., Buldú J. M., García-Ojalvo J., Pons A. J. Synchronization-based computation through networks of coupled oscillators // Front. Comput. Neurosci. 2015. V. 9. P. 97(13pp.). DOI: 10.3389/fncom.2015.00097
15. Islamov D. R., Gritsenko V. A., Perevalov T. V., Pustovarov V. A., Orlov O. M., Chernikova A. G., Markeev A. M., Slesazeck S., Schroeder U., Mikolajick T., Krasnikov G. Ya. Identification of the nature of traps involved in the field cycling of Hf0.5Zr0.5O2-based ferroelectric thin films // Acta Materialia. 2019. V. 166. P. 47—55. DOI: 10.1016/j.actamat.2018.12.008
16. Panda D., Sahu P. P., Tseng T. Y. A collective study on modeling and simulation of resistive random access memory // Nanoscale Res. Lett. 2018. V. 13, N 1. Art. No. 8. DOI: 10.1186/s11671-017-2419-8
17. Miritello G., Pluchino A., Rapisarda A. Central limit behavior in the Kuramoto model at the «Edge of Chaos» // Physica A: Statistical Mechanics and its Applications. 2009. V. 388, Iss. 23. P. 4818—4826. DOI: 10.1016/j.physa.2009.08.023
18. Everhardt A. S., Damerio S., Zorn J. A., Zhou S., Domingo N., Catalan G., Salje E. K. H., Chen L.-Q., Noheda B. Periodicity-doubling cascades: direct observation in ferroelastic materials // Phys. Rev. Lett. 2019. V. 123, Iss. 8. P. 087603(6pp.). DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.087603
19. Orlov O., Murashev V., Lebedev A., Orlov V., Ivanov S. Features of the improving of the HFO2 ReRAM cells characteristics reproducibility // 2019 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). St. Petersburg; Moscow (Russia), 2019. P. 2087—2089. DOI: 10.1109/EIConRus.2019.8657230
20. Strukov D. B., Snider G. S., Stewart D. R., Williams R. S. The missing memristor found // Nature. 2008. V. 453. P. 80—83. DOI: 10.1038/nature06932
21. Kim S., Kim H.-D., Choi S.-J. Compact two-state-variable second-order memristor model // Small. 2016. V. 12, Iss. 24. P. 3320—3326. DOI: 10.1002/smll.201600088
Рецензия
Для цитирования:
Матюшкин И.В. Нелинейно-динамический подход в анализе нестабильности параметров мемристора. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2019;22(4):253-261. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2019-4-253-261
For citation:
Matyushkin I.V. Nonlinear dynamic approach to the analysis of memristor parameters instability. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2019;22(4):253-261. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1609-3577-2019-4-253-261