[發明專利]一種自整流憶阻器電路的存算一體化操作方法及應用

有效

• 申請號: 202110387250.5
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN112951995B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 李祎;倪潤;楊嶺;繆向水
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H03K19/02
• 分類號: H03K19/02;G11C13/00;H10N70/20
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 李君;廖盈春

1.一種自整流憶阻器電路的存算一體化操作方法，其特征在于，

基于不同的邏輯操作，設置自整流憶阻器的當前輸入量進行數據存儲與運算，實現不同的邏輯功能；

所述邏輯操作與當前輸入量的關系建立方法為：

建立經過操作后自整流憶阻器阻值狀態與自整流憶阻器當前輸入量之間的邏輯運算公式；其中，自整流憶阻器的當前輸入量包括自整流憶阻器當前阻值狀態、上電極施加電壓情況、下電極施加電壓情況以及對其的讀取方向；

利用邏輯運算公式，獲取不同自整流憶阻器當前輸入量對應的邏輯操作；

或將自整流憶阻器P和自整流憶阻器Q的下電極相連；

在自整流憶阻器P的上電極施加正電壓，且使自整流憶阻器Q的上電極接地；

通過調節自整流憶阻器P和自整流憶阻器Q的自整流憶阻器當前阻值狀態，在正電壓的施加下進行寫操作或不操作，輸出經過操作后的自整流憶阻器Q的阻值狀態，獲取Q_n+1←Q_nNIMP?P邏輯操作；

其中，P和Q_n分別為自整流憶阻器P和自整流憶阻器Q的當前阻值狀態；Q_n+1為經過操作后的自整流憶阻器Q的阻值狀態；

所述邏輯運算公式為：

其中，C_n和C_n+1分別表示自整流憶阻器當前阻值狀態和經過操作后自整流憶阻器的阻值狀態，阻值狀態為低阻狀態時記為“1”，阻值狀態為高阻狀態時記為“0”；R為對自整流憶阻器的讀寫方向；A、B分別代表自整流憶阻器上、下電極施加電壓的情況，施加正向電壓記為“1”，接地記為“0”；當上電極施加正電壓，下電極接地，對自整流憶阻器的讀寫方向記為“1”，反之，記為“0”；“0”和“1”代表邏輯運算中的0和1。

2.根據權利要求1所述的存算一體化操作方法，其特征在于，所述自整流憶阻器電路包括自整流憶阻器陣列和外圍電路；所述外圍電路包括狀態控制器、位線譯碼器、字線譯碼器和多路選擇器；

所述狀態控制器根據輸入的數據、地址信息和時鐘信號產生源線控制信號；

所述字線譯碼器的輸入端連接至狀態控制器，其輸出端通過多路選擇器連接至自整流憶阻器陣列的字線；字線譯碼器用于對狀態控制器產生的源線控制信號進行譯碼，獲取字線控制信號；位線譯碼器的輸入端連接至狀態控制器的控制信號輸入輸出端，其輸出端通過多路選擇器連接至自整流憶阻器陣列的位線；用于對狀態控制器產生的控制信號進行譯碼，獲取位線控制信號；

多路選擇器用于根據位線控制信號或字線控制信號選擇自整流憶阻器陣列中的位線或子線；

所述自整流憶阻器陣列用于通過施加字線控制信號、位線控制信號以及源線控制信號，控制各自整流憶阻器陣列的阻值狀態。

3.根據權利要求1或2所述的存算一體化操作方法，其特征在于，所述自整流憶阻器的結構自下而上為襯底、下電極、隔離層、功能層、勢壘層和上電極；

所述上電極和所述勢壘層之間存在肖特基勢壘，實現反向整流；所述下電極與所述功能層之間的功函數差距小于所述上電極與所述功能層之間的功函數差距，用于實現上、下電極的勢壘差異化；

所述下電極上方的隔離層設置有空隙；所述功能層涂覆于隔離層與空隙之上，隔離層的空隙為上電極與下電極的接觸面積。

4.根據權利要求3所述的存算一體化操作方法，其特征在于，所述隔離層的材料為SiO₂，生長手段為化學氣相沉積、脈沖激光沉積和原子層沉積中的一種。

5.根據權利要求3所述的存算一體化操作方法，其特征在于，所述勢壘層為HfO₂、Ta₂O₅、WO₃、NbO₂、ZrO₂、YO₃、ZnO和SiO₂的一種或多種組合。

6.根據權利要求3所述的存算一體化操作方法，其特征在于，所述功能層的生長方式為濺射、原子層沉積、熱氧化、化學氣相沉積和脈沖激光沉積工藝中的一種。

7.一種基于權利要求2所述的自整流憶阻器電路的應用，其特征在于，其用作一種邏輯運算器件。