Sistemas neuromórficos basados en dispositivos memristores producidos por microfabricación, autoensamblados y métodos Sol Gel
En pleno auge de implementación de técnicas de Machine Learning y redes neuronales dentro del área de inteligencia artificial, se han observado limitaciones de hardware en el sistema electrónico tradicional presente en la mayora de las computadoras. Por este motivo, el desarrollo de nuevas tecnologí...
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| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2021
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| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1058/1/1Diaz_Schneider.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | En pleno auge de implementación de técnicas de Machine Learning y redes neuronales dentro del área de inteligencia artificial, se han observado limitaciones de hardware en el sistema electrónico tradicional presente en la mayora de las computadoras. Por este motivo, el desarrollo de nuevas tecnologías es imprescindible para potenciar los sistemas computacionales. Una posible alternativa que se viene estudiando desde hace mas de una década es la implementación de dispositivos memristivos.
El memristor es un componente electrónico que fue propuesto hace 30 años y que puede modificar su valor de resistencia mediante la historia de estímulos aplicados sobre el mismo. Sin embargo, no se habían desarrollado memristores físicos hasta 2008. Desde ese momento ha crecido notablemente el estudio de nuevos materiales en búsqueda de nuevas propiedades memristivas. En los últimos años, se han reportado propiedades memristivas en junturas formadas por materiales dieléctricos y nanohilos de plata. Estos materiales abren la posibilidad de formar sistemas con un alto numero de junturas memristivas.
En el presente trabajo se estudiaron formados por redes percoladas de nanohilos de plata (AgNWs) recubiertos por polivinilpirrolidona (PVP) de manera de tener un numero elevado de junturas Ag-PVP-Ag.
En primer lugar, se sintetizaron nanohilos de plata a partir del método poliol a 130 oC a partir de nitrato de plata (AgNO_3) y PVP, utilizando como agente reductor etilenglicol y cloruro férrico como aditivo. Con el objetivo de estudiar la influencia del peso molecular del PVP en la relacion de aspecto de los AgNWs, se realizaron dos síntesis: la primera utilizando PVP de 360 kg/mol y la segunda de 1.3 Mg/mol. Ambas síntesis presentaron una relación de aspecto entre el largo y el diámetro mayor a 200, obteniendo un mejor resultado en la primer síntesis. Con el objetivo de lograr una mejor distribución de los AgNWs se prepararon y estudiaron dos coloides: uno en isopropanol (IPA) y otro en una solución acuosa con poliestireno sulfonato (PSS). Las redes de AgNWs autoensambladas fueron caracterizadas estructuralmente mediante distintas técnicas.
Por otro lado, se sintetizaron películas de TiO_2 por método sol-gel utilizando diluciones de tetraisopropoxido de Titanio en IPA para ser utilizadas como dieléctrico en junturas memristivas.
Se diseñaron y fabricaron tres sistemas de muestras: tipo crossbar, autoensamblados y nanocompuestos. La primera de ellas estaba compuesta por una película de TiO_2 entre dos electrodos metálicos: uno de oro y el otro de plata. Los sistemas autoensamblados estaban formados por un deposito de AgNWs sobre electrodos metálicos. Los últimos se formaban por AgNWs en una matriz dieléctrica con electrodos metálicos. Para fabricarlos se utilizaron técnicas de microfabricación, depositos de los AgNWs y formación de películas de dióxido de titanio. Se emplearon dos técnicas de microfabricacion: lift-o y etching. Para realizar el deposito de los AgNWs se emplearon dos métodos: drop casting y spin coating, observando un deposito mas uniforme con el segundo.
Se caracterizaron eléctricamente los dispositivos fabricados. Los dispositivos tipo crossbar presentaron un comportamiento óhmico en su estado virgen. Luego de un proceso de electroformado (cambio abrupto del comportamiento a partir de un estímulo), el sistema presento un comportamiento con diferentes estados resistivos evidenciando propiedades interesantes en las junturas metal-TiO_2-metal.
Los dispositivos autoensamblados presentaban un comportamiento óhmico en su estado virgen. Se realizo un estudio de la curva de percolación eléctrica mediante la medición de la resistencia luego de sucesivos depósitos. Se obtuvo un exponente crítico de 1.32±0.04 que coincide con datos reportados en la literatura.
Se observo un proceso de electroformado en el sistema autoensamblado donde se observaron comportamientos eléctricos muy dinámicos. Se identificaron seis comportamiento característicos en el sistema, entre los que se destacan la presencia de regiones de alta y baja resistencia y la presencia de multiestados resistivos. Se estudio la influencia del ambiente sobre la muestra, observándose comportamientos muy distintos entre ambientes con alta presencia de agua y ambientes secos, aumentando la conductancia con la humedad, abriendo la posibilidad de la presencia de procesos electroquímico en
el comportamiento del sistema.
Por otra parte, se caracterizaron los sistemas nanocompuestos formados por AgNWs y dieléctricos (PVP y TiO_2) donde se observo un cambio en el comportamiento después del deposito del material dieléctrico, pasando de un estado conductor a uno aislante. |
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