Nichtlineare Eigenschaften memristiver Bauelemente für Hardware-Sicherheitsprimitive und neuromorphe Computersysteme

Core Concepts

Nichtlinearität ist eine entscheidende Eigenschaft für die Implementierung von Hardware-Sicherheitsprimitivenoder neuromorphen Computersystemen. Die Haupteigenschaft aller memristiven Bauelemente ist dieses nichtlineare Verhalten, das in ihren Strom-Spannungs-Kennlinien beobachtet wird.

Abstract

Der Artikel untersucht das nichtlineare Verhalten von grenzflächenartigen memristiven Bauelementen unter Verwendung eines auf der Cloud-in-a-Cell-Methode basierenden Modells für das doppelte Barrieren-Memristor-Bauelement (DBMD) und das Bismut-Ferrit-Oxid-Memristor-Bauelement (BFO). Das Modell berücksichtigt neben den Widerstandseffekten auch kapazitive und Trägheitseffekte (virtuelle induktive Effekte).
Die simulierten Strom-Spannungs-Kennlinien stimmen gut mit experimentellen Daten überein und erfassen genau die nicht-Null-Durchgang-Hysterese, die durch kapazitive und induktive Effekte erzeugt wird. Die Studie untersucht die Reaktion der beiden Bauelemente auf steigende Frequenzen und zeigt eine Verschiebung ihres nichtlinearen Verhaltens, die durch einen reduzierten Hysteresebe-reich und ein erhöhtes chaotisches Verhalten gekennzeichnet ist, wie anhand interner Zustandsattraktoren beobachtet.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen und demonstriert, dass die Frequenzspektren als eine der Fingerabdrücke für memristive Bauelemente verwendet werden können.

Stats

Die Drift-Geschwindigkeit der Sauerstoffleerstellen im BFO-Bauelement reicht von etwa 0,55 eV an der Au-Elektrode bis 0,76 eV in der Nähe der Pt-Elektrode aufgrund der Diffusion von Ti4+-Ionen in die BiFeO3-Schicht.
Die Aktivierungsenergie für den Sauerstoffionen-Drift in DBMD bleibt über der NbxOy-Schicht nahezu konstant bei 0,76 eV.

Quotes

Die Nichtlinearität ist eine entscheidende Eigenschaft für die Implementierung von Hardware-Sicherheitsprimitivenoder neuromorphen Computersystemen.
Die Haupteigenschaft aller memristiven Bauelemente ist dieses nichtlineare Verhalten, das in ihren Strom-Spannungs-Kennlinien beobachtet wird.

Key Insights Distilled From

Nonlinear behavior of memristive devices for hardware security primitives and neuromorphic computing systems

by Sahitya Yarr... at arxiv.org 03-28-2024

https://arxiv.org/pdf/2402.04848.pdf

Deeper Inquiries

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