Синаптическая пластичность структур на основе нанотубулярного дикосида титана : магистерская диссертация

Abstract

The object of study is Au/TiO2/Ti memristive structures. The aim of this work is to develop a virtual device that allows to control resistive state and to study the properties of synaptic plasticity of MIM-structures. Research methods: scanning electron microscopy, optical microscopy, measurement of current–voltage characteristic and pulse mode measurements. In the theoretical part the main conduction mechanisms inherent in memristive structures, in which the active layer is a dielectric, are considered. The review of articles devoted to the study of memristive structures based on TiO2 is carried out. In the practical part a virtual device «Pulse Switch» is developed. A Au/TiO2/Ti memristive MIM-structure has been created. A number of on measuring the electrical characteristics of the samples in quasi-static and pulse modes have been carried out. As a result of these experiments the mechanisms of charge carrier transport have been determined and the parameters of the active layer in different resistive states have been calculated, as well as the controlled synaptic plasticity and the ability of the structure to hold the resistive state for five min have been demonstrated. The obtained results can be used in the field of modern neural networks, where the structures investigated in this work are used as a solid-state model of biological synapses.

Объектом исследования являются мемристивные структуры Au/TiO2/Ti. Целью данной работы является разработка виртуального прибора, позволяющего осуществлять контроль резистивных состояний, а также изучать свойства синаптической пластичности МДМ-структур. Методы исследования: растровая электронная микроскопия, оптическая микроскопия, измерение вольт-амперных характеристик, измерения в импульсном режиме. В теоретической части рассмотрены основные механизмы проводимости, присущие мемристивным структурам, активным слоем в которых является диэлектрик. Проведен обзор статей, посвященных изучению мемристивных структур на основе TiO2. В практической части разработан виртуальный прибор «Pulse Switch». Создана мемристивная МДМ-структура Au/TiO2/Ti. Проведен ряд экспериментов по измерению электрических характеристик образцов в квазистатическом и импульсном режимах, в результате которых определены механизмы транспорта носителей заряда и рассчитаны параметры активного слоя в различных резистивных состояниях, а также продемонстрированы управляемая синаптическая пластичность и способность структуры удерживать резистивное состояние в течение пяти мин. Полученные результаты могут быть использованы в сфере современных нейронных сетей, где исследуемые в данной работе структуры используются в качестве твердотельной модели биологических синапсов.