Adv. Mater.?在大規模電路中的可重構非易失性的邏輯運算

【引言】

傳統電腦把信息儲存在內存中，信息處理則在中央處理器中，那么這就需要在內存與處理器之間進行耗能的信息轉換。那么這就限制了電腦運行速度以及能量轉換效率。為了突破這一限制，人們就需要找到新的材料、器件以及結構去實現計算和內存的功能。

【研究成果】

近日，北京大學微電子研究所的康晉鋒教授、劉曉彥教授（通訊作者）帶領的課題組討論了基于電阻開關（RS）器件的雙相氧化物并且認為單極電阻開關器件以及其他任何具有切換功能的器件都可以進行邏輯運算和構建大規模邏輯電路。基于晶體管電壓作為物理變量的傳統電腦系統不能跟上信息技術領域最近信息需求的增加。在以電阻為變量的高密度集成RS交叉開關陣列中的非易失性的邏輯運算提供了一種新的解決方法。

【圖文導讀】

圖1：電阻開關陣列

（a）電阻開關交叉開關陣列顯微鏡顯微照片；

（b）電阻開關器件測量的典型的電流電壓特性

（c）低壓脈沖瞬變電流響應。

圖2：NAND 和 AND 邏輯運算

（a）NAND 子電路； ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??（b）AND邏輯運算；

（c）在不同輸入狀態下的NAND的輸出態； ? ? ?（d）在不同輸入狀態下的AND邏輯運算。

圖3：全加法器

（a）一字節全加器電路陣列配置；

（b）計算過程一字節全加器電路；

（c）得到全加速器邏輯運算的觸發信號的時間序列；

（d）所有八個輸入組合的全加速器邏輯運算的實驗證明。

圖4：器件中的不同的行和列的邏輯運算

（a）電阻交叉開關輸入設備的位置；

（b）在電阻開關中Y′=AB+C的邏輯處理的計算流程

（c）在電阻開關中執行Y′=AB+C邏輯運算的不同節點的脈沖信號的時間序列；

（d）測量真值表。

圖5：電腦的單元電路架構

該電路由電阻開關交叉開關陣列和外部互補金屬氧化物半導體控制電路組成。電阻開關交叉開關陣列分為B1和B2兩部分，B1起輔助作用，B2則用于計算和儲存信息。外部互補金屬氧化物半導體控制電路包括：四個信號分離器，兩個脈沖發生器模塊以及讀/寫模塊。

文獻鏈接：Reconfigurable Nonvolatile Logic Operations in Resistance Switching Crossbar Array for Large-Scale Circuits（Adv. Mater.，2016，DOI: 10.1002/adma.201602418）

本文由材料人編輯部電子電工學術組seeding供稿，材料牛編輯整理。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入編輯部。

材料人網尊重所有進行知識傳播的媒體，轉載請聯系tougao@cailiaoren.com。