[發明專利]可調電阻元件

有效

• 申請號: 202010064953.X
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111477739B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發明（設計）人: J·豐佩伊里內;Y·波普夫;S·亞伯
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: H10N70/20
• 分類號: H10N70/20;G06N3/063
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 劉都;于靜

可調電阻元件包括第一端子、第二端子和具有可調電阻材料的電阻層。電阻層布置在第一端子和第二端子之間。電阻元件進一步包括具有壓電材料的壓電層。壓電層適于向電阻層施加應力。可調電阻材料的電阻取決于施加到第一端子和第二端子的第一電控制信號以及取決于由壓電層施加到電阻層的應力。由壓電層施加的應力取決于施加到壓電層的第二電控制信號。

主導該申請的項目已根據資助協議第[H2020-ICT-2015-688282]號獲得來自歐盟的Horizon?2020研究與創新計劃[PETMEM(PiezoElectronic?Transduction?MEMory設備)，2015年12月1日至2019年5月31日]的資助。

技術領域

本發明特別涉及可調電阻元件。

本發明進一步涉及包括可調電阻元件的相關設備、包括可調電阻元件的神經形態網絡以及設計結構。

背景技術

納米級存儲器設備的電阻取決于所施加的電信號的歷史，納米級存儲器設備可能成為新的計算范式(諸如腦啟發式計算和內存計算)中的關鍵構建塊。

納米級存儲器設備的一個有前途的示例是相變存儲(PCM)設備。PCM是一種非易失性固態存儲技術，該技術是在具有不同電阻的狀態之間利用相變材料(特別是硫族化合物，諸如GST(鍺-銻-碲))的可逆的熱輔助切換。可以將基本存儲單元(“單元”)編程為表現不同電阻特性的許多不同狀態或級別。可編程單元狀態可用于表示不同的數據值，從而允許存儲信息。

另一個領先的解決方案是電阻RAM(RRAM)。其涉及使用稱為軟擊穿的過程來產生例如電介質(諸如HfO₂)中的氧空位的細絲。隨后在操作期間將細絲關閉(SET(置位))或打開(RESET(復位))。強還原金屬(例如鈦)可以用作電極中的一個電極，以增強細絲的形成。然而，由于開關的絲狀性質以及難以與電極交換氧，因此SET過程相當局部且突然。

使用反向傳播(BP)算法的人工神經網絡(ANN)的能量有效訓練需要專用硬件。前瞻性方法是在具有金屬-絕緣體-金屬結構(MIM)的電阻元件的矩陣上運行BP所需的矩陣操作。電阻元件的理想特性(G相對脈沖)是對稱的。

因此，需要電阻元件的進一步改進。

發明內容

根據第一方面，可調電阻元件包括第一端子、第二端子以及包括可調電阻材料的電阻層。電阻層被布置在第一端子和第二端子之間。電阻元件進一步包括包含壓電材料的壓電層。壓電層適于向電阻層施加應力。可調電阻材料的電阻是取決于被施加到第一端子和第二端子的第一電控制信號以及取決于由壓電層施加到電阻層的應力。由壓電層施加的應力是取決于被施加到壓電層的第二電控制信號。

進一步的可選方面涉包括多個根據第一方面的電阻元件的設備和包括多個根據第一方面的電阻元件作為神經突觸的神經形態網絡。

根據第二方面，一種設計結構有形地體現在機器可讀介質中，用于設計、制造或測試集成電路。設計結構包括根據第一方面的可調電阻元件。

下面將參考附圖通過說明性和非限制性示例來更詳細地描述另外的實施例。

附圖說明

圖1示出了根據示例實施例的設備的框圖；

圖2示出了根據示例實施例的可調電阻元件和對應的控制單元的示意性橫截面圖；

圖3示出了根據另一示例實施例的可調電阻元件的示意性橫截面圖；

圖4示出了根據圖2的可調電阻元件的三維圖；

圖5示出了根據另一示例實施例的可調電阻元件的示意性橫截面圖；

圖6示出了根據實施例的神經網絡；

圖7a示出了隨時間推移被施加到電阻元件的電阻層的第一電控制信號的圖；