Study of forming process in memristive devices using rectangular waves

• Autorzy: Zegarmistrz Piotr , Galias Zbigniew

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2020.01.04

Warianty tytułu

PL

Formowanie elementów memrystorowych napieciowymi sygnałami prostokątnymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This work focuses on the study of behavior of memristors during the process of forming, i.e., setting the resistance of the element and testing the stability of the resistance. Two types of BS-AF memristive elements are selected for laboratory experiments. The goal of the research is to investigate the conditions under which the resistance of the element is changed when voltages of different levels, duration and polarization are applied. Inparticular, weareinterestedinfindingthethresholdvoltagevaluewhichisneededtomodifyofstateoftheelement. Suchavaluedefinesthevoltage level below which one can safely measure instantaneous value of memristor’s resistance (data read operation) without changing this value. The results obtainedshowthatthethresholdvaluedependsonthepolarizationoftheappliedvoltage. Memristorsunderstudyaremuchmoresensitivetoapplying a negative voltage. This means, that a significantly smaller value of the voltage is needed to switch from low to high resistance level than to switch from high to low resistance level. It has also been observed that the final value of the memristor’s resistance depends on the number and level of applied voltage impulses. This study confirms that BS-AF memristors can operate in more than two states in a stable way, which can be beneficial when using memristors in memory structures or for neuromorphic applications.

PL

W pracy opisano wyniki badań nad procesem formowania memrystorów, tzn. programowaniem poziomu rezystancji chwilowej elementu oraz stabilnościa uzyskanej wartości. W części pomiarowej wykorzystano dwa rodzaje elementów memrystorowych z grupy BS-AF. Celem badań było określenie warunków niezbednych do zmiany rezystancji memrystora podczas wzbudzania napięciami o różnych poziomach, czasie trwania i polaryzacji. W szczególności poszukiwano wartości progowej napiecia zasilającego potrzebnej do modyfikacji stanu memrystora. Wartość taka definiuje poziom napięcia, poniżej którego możliwy jest pomiar wartości chwilowej memrystancji (operacja odczytu danych), bez zmiany opisywanej wartości. Uzyskane wyniki wskazują, że wartość ta zależy od polaryzacji przyłożonego napięcia. Badane memrystory są znacznie bardziej czułe na napięcie ujemne. Oznacza to, że znaczaco niższy poziom napiecia jest potrzebny aby przełączyć memrystor ze stanu niskiej do wysokiej rezystancji niż odwrotnie. Zaobserwowano również, że ostateczna wartość rezystancji chwilowej memrystora zależy od liczby i poziomu impulsów napięciowych. Eksperyment ten potwierdza,iz memrystory typu BS-AF mogą uzyskiwać więcej niż dwa poziomy rezystancji chwilowej w stabilny sposób, co może byc kluczowe dla wykorzystania ich w strukturach pamięci lub systemach neuromorficznych.

Słowa kluczowe

EN

memristor; memristive device; memristor forming; memory structure; nonlinear systems

PL

memrystor; element memrystorowy; formowanie memrystora; struktura pamięci; obwód nieliniowy

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 96, nr 1
• Strony: 15--18
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys.

Twórcy

autor

Zegarmistrz Piotr

• Department of Electrical and Power Engineering, Faculty of Electrical Engineering, Automatics, Computer Science and Biomedical Engineering, AGH University of Science and Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Galias Zbigniew

• Department of Electrical and Power Engineering, Faculty of Electrical Engineering, Automatics, Computer Science and Biomedical Engineering, AGH University of Science and Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] Chua L. O.: Memristor. The missing circuit element, IEEE Trans. Circ. Theory, vol. 18, no. 5, pp. 507-519, 1971.
• [2] Chua L. O.: The fourth element, Proc. IEEE, vol. 100, no. 6, pp.1920-1927, 2012.
• [3] Gandhi G., Aggarwal V., Chua L. O.: The first radios were made using memristors!, IEEE Circuits and Systems, vol. 13, no. 2, pp. 8-16, 2013.
• [4] Strukov D., Snider G., Steward D., Williams R.,: The missing memristor found, Nature, vol. 453, no. 7191, pp. 80-83, 2008.
• [5] Sacchetto D., Gaillardon P.-E., Zervas M., Carrara S., De Micheli G., Leblebici Y.: Applications of Multi-Terminal Memristive Devices: A Review, IEEE Circuits and Systems, vol. 13, no. 2, pp. 23-41, 2013.
• [6] Adhikari S., Sah P., Kim, H.,Chua L.O.: Three fingerprints of memristor, IEEE Trans. on Circ. and Syst. I: Regular Papers, vol. 60, no. 11, pp.3008-3021, 2013.
• [7] Fan Z.,Fan X., Lic A., Dong L.: In situ forming, characterization, and transduction of nanowire memristors, Nanoscale, vol. 5, 12310-12315, 2013.
• [8] Kai-De L., Chi-Hsin H., Chih-Chung L., Jian-Shiou H., Hung- Wei T., Yi-Chung W., Yu-Chuan S., Mu-Tung C., Shen-Chuan L., Yu-Lun C.: Single CuOx Nanowire Memristor: Forming- Free Resistive Switching Behavior, ACS Applied Materials and Interfaces, vol. 6, 19, 16537-16544, 2014.
• [9] Biolek Z., Biolek D., Biolkova B.: Spice model of memristor with nonlinear dopant drift, Radio Eng., vol. 18, no. 2, pp. 786-790, 2015.
• [10] Pickett M., Strukov D., Borghetti J., Yang J., Snider G., Stewart D., Williams R.: Switching dynamics in titanium dioxide memristive devices, Journal of Applied Physics, vol. 106, 074508, 2009.
• [11] Corinto F.; Forti M.: Memristor Circuits: Flux—Charge Analysis Method, IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, vol. 63, issue: 11, pp. 1997-2009, Nov. 2016.
• [12] Ascoli A.; Tetzlaff R.; Chua L. O.: The First Ever Real Bistable Memristors—Part I: Theoretical Insights on Local Fading Memory, IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs , vol. 63, issue: 12, pp. 1091 - 1095, Dec. 2016.
• [13] Ascoli A.; Tetzlaff R.; Chua L. O.: The First Ever Real Bistable Memristors—Part II: Design and Analysis of a Local Fading Memory System, IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs , vol. 63, issue: 12, pp. 1096 - 1100, Dec. 2016.
• [14] Corinto F.; Forti M.: Memristor Circuits: Bifurcations without Parameters, IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, vol. 64, issue: 6, pp. 1540-1551, June 2017.
• [15] Corinto F.; Forti M.: Memristor Circuits: Pulse Programming via Invariant Manifolds IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, vol. 65, issue: 4, pp. 1327-1339, April 2018.
• [16] Garda B., Galias Z.: Modelling sinusoidally driven selfdirected channel memristors, Proc. ICSES 2018, Cracow, Poland, pp.19-22, 2018.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).