Memristive Tunnelkontakte und CMOS Integration

• Antragsteller: Professor Dr. Hermann Kohlstedt; Professor Dr.-Ing. Christian Wenger; Professor Dr. Martin Ziegler
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 239767484

In den letzten Jahren wurden vielversprechende Rechenkonzepte basierend auf memristiven Bauelementen vorgestellt. Jedoch sind Hardware-Realisierungen aufgrund des mangelnden Verständnisses der zugrundeliegenden Scaltmechanismen auf mikroskopischer Skala, sowie einen Mangel an zuverlässigen Bauelementen nureingeschränkt möglich. Das Hauptziel dieses Teilprojekts ist es daher CMOS-kompatible Bauelemente für neuromorphe Schaltkreise zu entwickeln. Hierbei stehen Grenzflächen-basierte memristive Bauelemente, sogenannte "double barrier memristive devices"(DBMD), im Fokus des Projektvorhabens. Diese wurden in der ersten Förderperiode dieses Projektes entwickelt und bestehen aus einer Tunnel- und Schottky-Barriere, die durch eine ultradünne memristive Schicht getrennt werden. Der Schaltmechanismus resultiert auf einer Konzentrationsänderung von Sauerstoffionen innerhalb dermemristiven Schicht, was zum einen die Barrierenhöhe des Schottky-Kontaktes, als auch zum Anderen die Tunnelwahrscheinlichkeit für Elektronen an der entgegengesetzten Elektrode ändert. Basierend auf den Resultaten der erste Förderperiode ist es beabsichtigt die chemischen und physikalischen Effekte, die zum Schaltmechanismusbetragen, weitergehend zu untersuchen. Damit sollen die entwickelten Schaltkonzepte auf CMOS-kompatible Materialien (insbesondere HfOx als memristive Schicht) übertragen werden und das DBMD in die BiCMOS-Pilotlinie des IHP integriert werden. Alswichtige Technologieparameter sollen die Anzahl an Bauelementen, deren Ausbeute, Variabilität, Vorhersagbarkeit, und Energieeffizienz in Bezug auf Material- und Prozesskompatibilität zur Silizium-Technologie untersucht werden. Des Weiteren sollen Testschaltungen entwickelt werden, die es ermöglichen das Verhalten der Bauelemente in einer Netzwerkumgebung zu untersuchen. Diese Schaltungen sollen ferner die Entwicklung von integrierten Schaltungen innerhalb der C Teilprojekte der Forschungsgruppe erleichtern.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2093: Memristive Bauelemente für neuronale Systeme