Nanoméretű VO2 fázisváltó memória kapcsolásának vizsgálata végeselem szimulációval
A vanádium-dioxid (VO2) 68 °C körüli hőmérsékleten szerkezeti átalakuláson megy keresztül, félvezető monoklin szerkezetből fémes tetragonális állapotba megy át. Ennek megfelelően az anyag elektromos ellenállása több nagyságrendben lecsökken illetve az optikai tulajdonságai is megváltoznak. Ez az úgynevezett fém-szigetelő átalakulás (MIT: Metal-Insulator Transition). A tapasztalatok alapján azonban nem csak a környezeti hőmérséklet megemelésével, hanem elektromos úton is kiváltható a fázisátalakulás: elegendően nagy feszültség alkalmazása esetén a réteg átbillenthető a kis ellenállású állapotba. A feszültség levételével pedig visszalakul az eredeti nagy ellenállású állapotba. Tehát a VO2 alkalmas illékony memória létrehozására. A VO2 alapú memóriák alapvető építőelemei lehetnek a mesterséges neurális hálózatok hardver szintű megvalósításának, mivel mesterséges neuron hozható létre belőlük [1-2].
Az elmúlt évtizedben a VO2 alapú rezisztív kapcsolók rendkívül kutatott terület volt, azonban jelenleg sincs egyetértés az irodalomban, hogy milyen fizikai folyamatok váltják ki az elektromosan indukált MIT jelenségét [3]. Ebben a dolgozatban külön-külön bemutatom a kapcsolást feltételezetten kiváltó két jelenséget (elektromos mező illetve Joule-hő), valamint, hogy ezek együttes hatása hogyan játszhat szerepet a folyamatban.
A dolgozat célja a kapcsolás körülményeinek és fizikai paramétereinek feltárása és bemutatása. A vizsgálatot egy valós eszköz alapján készült elektrotermikus végeselem szimuláció segítségével végzem. Ismertetem az eszköz felépítését, az az alapján felállított szimulációs modellt, az eredményeket és a belőlük levonható következtetéseket. Az eredményeket mérési adatokkal való összehasonlítással validálom.
Irodalom:
[1] W. Yi et al..: Biological plausibility and stochasticity in scalable VO2 active memristor neurons. Nature Communications, vol. 9, 4661 (2018).
[2] R. Yuan et al..: A calibratable sensory neuron based on epitaxial VO2 for spike-based neuromorphic multisensory system. Nature Communications, vol. 13, 3973 (2022)
[3] Y. Kalcheim et al..: Non-thermal resistive switching in mott insulator nanowires. Nature Communications, vol. 11, 2985 (2020).
szerző
-
Hornung Péter
Gépészeti modellezés mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulensek
-
Pósa László
Tudományos munkatárs, Fizika Tanszék -
Pósa László
Tudományos munkatárs , EK MFA Nanoérzékelők Laboratórium (külső)
