Adv. Mater. 在大规模电路中的可重构非易失性的逻辑运算

【引言】

传统电脑把信息储存在内存中，信息处理则在中央处理器中，那么这就需要在内存与处理器之间进行耗能的信息转换。那么这就限制了电脑运行速度以及能量转换效率。为了突破这一限制，人们就需要找到新的材料、器件以及结构去实现计算和内存的功能。

【研究成果】

近日，北京大学微电子研究所的康晋锋教授、刘晓彦教授（通讯作者）带领的课题组讨论了基于电阻开关（RS）器件的双相氧化物并且认为单极电阻开关器件以及其他任何具有切换功能的器件都可以进行逻辑运算和构建大规模逻辑电路。基于晶体管电压作为物理变量的传统电脑系统不能跟上信息技术领域最近信息需求的增加。在以电阻为变量的高密度集成RS交叉开关阵列中的非易失性的逻辑运算提供了一种新的解决方法。

【图文导读】

图1：电阻开关阵列

（a）电阻开关交叉开关阵列显微镜显微照片；

（b）电阻开关器件测量的典型的电流电压特性

（c）低压脉冲瞬变电流响应。

图2：NAND 和 AND 逻辑运算

（a）NAND 子电路；                                             （b）AND逻辑运算；

（c）在不同输入状态下的NAND的输出态；      （d）在不同输入状态下的AND逻辑运算。

图3：全加法器

（a）一字节全加器电路阵列配置；

（b）计算过程一字节全加器电路；

（c）得到全加速器逻辑运算的触发信号的时间序列；

（d）所有八个输入组合的全加速器逻辑运算的实验证明。

图4：器件中的不同的行和列的逻辑运算

（a）电阻交叉开关输入设备的位置；

（b）在电阻开关中Y′=AB+C的逻辑处理的计算流程

（c）在电阻开关中执行Y′=AB+C逻辑运算的不同节点的脉冲信号的时间序列；

（d）测量真值表。

图5：电脑的单元电路架构

该电路由电阻开关交叉开关阵列和外部互补金属氧化物半导体控制电路组成。电阻开关交叉开关阵列分为B1和B2两部分，B1起辅助作用，B2则用于计算和储存信息。外部互补金属氧化物半导体控制电路包括：四个信号分离器，两个脉冲发生器模块以及读/写模块。

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

本文由材料人编辑部电子电工学术组seeding供稿，材料牛编辑整理。

材料牛网专注于跟踪材料领域科技及行业进展，这里汇集了各大高校硕博生、一线科研人员以及行业从业者，如果您对于跟踪材料领域科技进展，解读高水平文章或是评述行业有兴趣，点我加入编辑部。

材料人网尊重所有进行知识传播的媒体，转载请联系tougao@cailiaoren.com。