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中科大发现铁性隧道结信息原型存储器,写入速度超快

2020-04-09 14:11 次阅读

4月8日消息,中国科学技术大学李晓光团队一直致力于铁性隧道结信息存储原型器件研究,在磁电耦合、超快、多阻态、低功耗、非易失信息存储等方面取得了重要进展。在前期研究基础上,近日,该团队基于铁电隧道结量子隧穿效应,实现了具有亚纳秒信息写入速度的超快原型存储器,并可用于构建存算一体人工神经网络,该成果以Sub-nanosecond memristor based on ferroelectric tunnel junction 为题在线发表在《自然-通讯》杂志上(Nat. Commun.)。

大数据时代,海量数据的低能耗、快速存储处理是突破和完善未来人工智能、物联网等技术发展的关键之一。为此,迫切需求一种既像SRAM一样能匹配CPU处理数据的速度(《1ns),又像闪存一样具备高密度、非易失的信息存储。更进一步地,如果该存储器还具有优秀的忆阻特性,从而实现人工突触器件的功能,则可用于构建存算一体的计算系统,并有望突破冯诺依曼架构,为人工智能提供硬件支持。

研究人员制备了高质量Ag/BaTiO3/Nb:SrTiO3铁电隧道结,其中铁电势垒层厚为6个单胞(约2.4nm)。基于隧道结能带的设计,以及其对阻变速度、开关比、操作电压的调控,该原型存储器信息写入速度快至600ps(注:机械硬盘的速度约为1ms, 固态硬盘的约为1-10ms)、开关比达2个数量级,且其600ps的阻变速度在85℃时依然稳定(工业测试标准);写入电流密度4×103A/cm2,比目前其他新型存储器低约3个量级;一个存储单元具有32个非易失阻态;写入的信息预计可在室温稳定保持约100年;可重复擦写次数达108-109次,远超商用闪存寿命(约105次)。即使在极端高温(225℃)环境下仍能进行信息的写入,可实现高温紧急情况备用。

中科大发现铁性隧道结信息原型存储器,写入速度超快

图例说明:铁电隧道结忆阻器的阻变特性和神经形态模拟计算。

图a. 铁电隧道结量子隧穿效应概念示意图。图b. 施加不同幅值的600ps电脉冲实现隧道结电阻的连续调控。图c. 可分辨的32个独立电阻状态保持特性。图d. 铁电隧道结阻变存储器阻变次数测试。图e. 铁电隧道结STDP测试。f. 模拟神经网络识别MNIST手写数字的准确率随训练次数变化图。

这些结果表明,该铁电隧道结非易失存储器具有超快、超低功耗、高密度、长寿命、耐高温等优异特性,是目前综合性能最好的非易失存储器之一。特别是,该存储器还由于铁电隧穿层中畴的可连续翻转特性能实现电阻的连续调节,而且这一忆阻特性可用于构建超快的人工突触器件,从而用于开发超快人工神经网络存算一体系统。人工神经网络的模拟结果表明,利用该铁电隧道结忆阻器构建的人工神经网络可用于识别MNIST手写数字,准确率可达90%以上。

中国科大合肥微尺度物质科学国家研究中心和物理学院教授李晓光和殷月伟为论文通讯作者。博士生马超、罗振为论文共同第一作者。

该项研究得到国家自然科学基金、科技部国家重点研发计划、中国科大“双一流”人才团队平台项目的资助。

责任编辑:gt

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AD5175 单通道、1024位数字变阻器,配有I²C接口和50-TP存储器

AD5174 单通道、1024位数字变阻器,配有SPI接口和50-TP存储器

信息优势和特点 单通道、1024位分辨率 标称电阻:10 kΩ 50次可编程(50-TP)游标存储器 温度系数(变阻器模式):35 ppm/°C 单电源供电:2.7 V至5.5 V 双电源供电:±2.5 V至±2.75 V(交流或双极性工作模式) SPI兼容型接口 游标设置和存储器回读 上电时从存储器刷新 电阻容差存储在存储器中 薄型LFCSP、10引脚、3 mm x 3 mm x 0.8 mm封装 紧凑型MSOP、10引脚、3 mm × 4.9 mm × 1.1 mm封装产品详情AD5174是一款单通道1024位数字变阻器,集业界领先的可变电阻性能与非易失性存储器(NVM)于一体,采用紧凑型封装。 该器件既可以采用±2.5 V至±2.75 V的双电源供电,也可以采用2.7 V至5.5 V的单电源供电,并提供50次可编程(50-TP)存储器。AD5174的游标设置可通过SPI数字接口控制。将电阻值编程写入50-TP存储器之前,可进行无限次调整。AD5174不需要任何外部电压源来帮助熔断熔丝,并提供50次永久编程的机会。在50-TP激活期间,一个永久熔断熔丝指令会将电阻位置固定(类似于将环氧树脂涂在机械式调整器上)。AD5174提供3 mm × 3 mm 10引脚LFCSP和10引脚MSOP两种封装。保证工作温度范围为−40°C至+125°C扩展工业...
发表于 04-18 19:35 26次 阅读
AD5174 单通道、1024位数字变阻器,配有SPI接口和50-TP存储器

AD5292 单通道、1%端到端电阻容差(R-TOL)、1024位数字电位计,具有20次可编程存储器

信息优势和特点 单通道、256/1024位分辨率 标称电阻:20 kΩ、50 kΩ和100 kΩ 标称电阻容差误差(电阻性能模式):±1%(最大值) 20次可编程游标存储器 温度系数(变阻器模式):35 ppm/°C 分压器温度系数:5 ppm/°C +9V至+33V单电源供电 ±9V至±16.5V双电源供电 欲了解更多特性,请参考数据手册 下载AD5292-EP (Rev 0)数据手册(pdf) 温度范围:−55°C至+125°C 受控制造基线 唯一封装/测试厂 唯一制造厂 增强型产品变更通知 认证数据可应要求提供 V62/12616 DSCC图纸号产品详情AD5292是一款单通道1024位数字电位计1,集业界领先的可变电阻性能与非易失性存储器(NVM)于一体,采用紧凑型封装。这些器件能够在宽电压范围内工作,支持±10.5 V至±16.5 V的双电源供电和+21 V至+33 V的单电源供电,同时确保端到端电阻容差误差小于1%,并具有20次可编程(20-TP)存储器。业界领先的保证低电阻容差误差特性可以简化开环应用,以及精密校准与容差匹配应用。AD5291和AD5292的游标设置可通过SPI数字接口控制。将电阻值编程写入20-TP存储器之前,可进行无限次调整。这些器件不需要任何外部电压源来帮助熔断熔丝,并提供20次永久编程的机...
发表于 04-18 19:31 44次 阅读
AD5292 单通道、1%端到端电阻容差(R-TOL)、1024位数字电位计,具有20次可编程存储器

AD5291 单通道、1%端到端电阻容差(R-Tol)、256位数字电位计,具有20次可编程存储器

信息优势和特点 单通道、256/1024位分辨率 标称电阻:20 kΩ, 50 kΩ和 100 kΩ 校准的标称电阻容差:±1%(电阻性能模式) 20次可编程 温度系数(变阻器模式):35 ppm/°C 温度系数(分压器模式):5 ppm/°C +9 V 至 +33 V 单电源供电 ±9 V至±16.5 V 双电源供电 欲了解更多特性,请参考数据手册 产品详情AD5291/AD5292属于ADI公司的digiPOT+™ 电位计系列,分别是单通道256/1024位数字电位计1 ,集业界领先的可变电阻性能与非易失性存储器(NVM)于一体,采用紧凑型封装。这些器件的工作电压范围很宽,既可以采用±10.5 V至±16.5 V双电源供电,也可以采用+21 V至+33 V单电源供电,同时端到端电阻容差误差小于1%,并提供20次可编程(20-TP)存储器。业界领先的保证低电阻容差误差特性可以简化开环应用,以及精密校准与容差匹配应用。AD5291/AD5292的游标设置可通过SPI数字接口控制。将电阻值编程写入20-TP存储器之前,可进行无限次调整。这些器件不需要任何外部电压源来帮助熔断熔丝,并提供20次永久编程的机会。在20-TP激活期间,一个永久熔断熔丝指令会将游标位置固定(类似于将环氧树脂涂在机械式调整器上)。AD5291/AD52...
发表于 04-18 19:31 24次 阅读
AD5291 单通道、1%端到端电阻容差(R-Tol)、256位数字电位计,具有20次可编程存储器

AD5253 四通道、64位、 I2C 、非易失性存储器、数字电位计

信息优势和特点 四通道、64位分辨率 1 kΩ, 10 kΩ, 50 kΩ, 100 kΩ 非易失性存储器1 存储游标设置,并具有写保护功能 上电恢复至EEMEM设置,刷新时间典型值为300 µs EEMEM重写时间:540 µs(典型值) 电阻容差存储在非易失性存储器中 EEMEM提供12个额外字节,可存储用户自定义信息 I2C兼容型串行接口 直接读写RDAC2 和EEMEM寄存器 预定义线性递增/递减命令 预定义±6 dB阶跃变化命令 欲了解更多信息,请参考数据手册产品详情AD5253/AD5254分别是64/256位、四通道、I2C®, 采用非易失性存储器的数字控制电位计,可实现与机械电位计、调整器和可变电阻相同的电子调整功能。AD5253/AD5254具有多功能编程能力,可以提供多种工作模式,包括读写RDAC和EEMEM寄存器、电阻的递增/递减、电阻以±6 dB的比例变化、游标设置回读,并额外提供EEMEM用于存储用户自定义信息,如其它器件的存储器数据、查找表或系统识别信息等。主控I2C控制器可以将任何64/256步游标设置写入RDAC寄存器,并将其存储在EEMEM中。存储设置之后,系统上电时这些设置将自动恢复至RDAC寄存器;也可以动态恢复这些设置。在同步或异步通...
发表于 04-18 19:29 58次 阅读
AD5253 四通道、64位、 I2C 、非易失性存储器、数字电位计

AD5254 四通道、256位、 I2C 、非易失性存储器、数字电位计

信息优势和特点 四通道、256位分辨率 1 kΩ, 10 kΩ, 50 kΩ, 100 kΩ 非易失性存储器1存储游标设置,并具有写保护功能 上电恢复为EEMEM设置,刷新时间典型值为300 µs EEMEM重写时间:540 µs(典型值) 电阻容差存储在非易失性存储器中 EEMEM提供12个额外字节,可存储用户自定义信息 I2C兼容型串行接口 直接读/写RDAC2 和EEMEM寄存器 预定义线性递增/递减命令 预定义±6 dB阶跃变化命令 欲了解更多特性,请参考数据手册产品详情AD5253/AD5254分别是64/256位、四通道、I2C®, 采用非易失性存储器的数字控制电位计,可实现与机械电位计、调整器和可变电阻相同的电子调整功能。AD5253/AD5254具有多功能编程能力,可以提供多种工作模式,包括读写RDAC和EEMEM寄存器、电阻的递增/递减、电阻以±6 dB的比例变化、游标设置回读,并额外提供EEMEM用于存储用户自定义信息,如其它器件的存储器数据、查找表或系统识别信息等。主控I2C控制器可以将任何64/256步游标设置写入RDAC寄存器,并将其存储在EEMEM中。存储设置之后,系统上电时这些设置将自动恢复至RDAC寄存器;也可以动态恢复这些设置。在同步或异步通...
发表于 04-18 19:29 56次 阅读
AD5254 四通道、256位、 I2C 、非易失性存储器、数字电位计

AD5252 I2C, 非易失性存储器、双通道、256位数字电位计

信息优势和特点 非易失性存储器可保存游标设置 电阻容差存储在非易失性存储器中 1 k Ω, 10 k Ω, 50 k Ω 100 k Ω I2C 兼容型串行接口 游标设置回读功能 线性递增/递减预定义指令 ±6 dB对数阶梯式递增/递减预定义指令 单电源:2.7 V至5.5 V 逻辑操作电压:3 V至5 V 上电复位至EEMEM设置,刷新时间小于1 ms 非易失性存储器写保护 数据保留期限:100年(典型值, TA = 55°C )产品详情AD5252是一款双通道、数字控制可变电阻(VR),具有256位分辨率。它可实现与电位计或可变电阻相同的电子调整功能。该器件通过微控制器实现多功能编程,可以提供多种工作与调整模式。在直接编程模式下,可以从微控制器直接加载RDAC寄存器的预设置。在另一种主要工作模式下,可以用以前存储在EEMEM寄存器中的设置更新RDAC寄存器。当更改RDAC寄存器以确立新的游标位时,可以通过执行EEMEM保存操作,将该设置值保存在EEMEM中。一旦将设置保存在EEMEM寄存器之后,这些值就可以自动传输至RDAC寄存器,以便在系统上电时设置游标位。这种操作由内部预设选通脉冲使能;也可以从外部访问预设值。基本调整模式就是在游标位设置(RDAC)寄...
发表于 04-18 19:29 131次 阅读
AD5252 I2C, 非易失性存储器、双通道、256位数字电位计

AD5251 I2C, 非易失性存储器、双通道、64位数字电位计

信息优势和特点 非易失性存储器保存游标设置 电阻容差存储在非易失性存储器中 1 k Ω, 10 k Ω, 50 k Ω 100 k Ω I2C 兼容型串行接口 游标设置回读功能 线性递增/递减预定义指令 ±6 dB对数阶梯式递增/递减预定义指令 单电源:2.7 V至5.5 V 逻辑操作电压:3 V至5 V 上电复位至EEMEM设置,刷新时间小于1 ms 非易失性存储器写保护 数据保持能力:100年(典型值,TA = 55°C )产品详情AD5251是一款双通道、数字控制可变电阻(VR),具有64位分辨率。它可实现与电位计或可变电阻相同的电子调整功能。该器件通过微控制器实现多功能编程,可以提供多种工作与调整模式。在直接编程模式下,可以从微控制器直接加载RDAC寄存器的预设置。在另一种主要工作模式下,可以用以前存储在EEMEM寄存器中的设置更新RDAC寄存器。当更改RDAC寄存器以确立新的游标位时,可以通过执行EEMEM保存操作,将该设置值保存在EEMEM中。一旦将设置保存在EEMEM寄存器之后,这些值就可以自动传输至RDAC寄存器,以便在系统上电时设置游标位。这种操作由内部预设选通脉冲使能;也可以从外部访问预设值。基本调整模式就是在游标位设置(RDAC)寄存器...
发表于 04-18 19:29 118次 阅读
AD5251 I2C, 非易失性存储器、双通道、64位数字电位计

AD5235 非易失性存储器、双通道1024位数字电位计

信息优势和特点 双通道、1024位分辨率 标称电阻:25 kΩ、250 kΩ 标称电阻容差误差:±8%(最大值) 低温度系数:35 ppm/°C 2.7 V至5 V单电源或±2.5 V双电源 SPI兼容型串行接口 非易失性存储器存储游标设置 加电刷新EEMEM设置 永久性存储器写保护 电阻容差储存于EEMEM中 26字节额外非易失性存储器,用于存储用户定义信息 1M编程周期 典型数据保留期:100年 下载AD5235-EP数据手册 (pdf) 温度范围:-40℃至+125°C 受控制造基线 一个装配/测试厂 一个制造厂 增强型产品变更通知 认证数据可应要求提供 V62/11605 DSCC图纸号产品详情AD5235是一款双通道非易失性存储器1、数控电位计2,拥有1024阶跃分辨率,保证最大低电阻容差误差为±8%。该器件可实现与机械电位计相同的电子调整功能,而且具有增强的分辨率、固态可靠性和出色的低温度系数性能。通过SPI®-兼容串行接口,AD5235具有灵活的编程能力,支持多达16种工作模式和调节模式,其中包括暂存编程、存储器存储和恢复、递增/递减、±6 dB/阶跃对数抽头调整和游标设置回读,同时提供额外的EEMEM1 ,用于存储用户定义信息,如其他元件的存储器数据、查找表、系统标识信息等。...
发表于 04-18 19:28 150次 阅读
AD5235 非易失性存储器、双通道1024位数字电位计

AD5231 非易失性存储器、1024位数字电位计

信息优势和特点 1024位分辨率 非易失性存储器保存游标设置 上电时利用EEMEM设置刷新 EEMEM恢复时间:140 µs(典型值) 完全单调性工作 端接电阻:10 kΩ、50 kΩ、100 kΩ 永久存储器写保护 游标设置回读功能 预定义线性递增/递减指令 预定义±6 dB/步对数阶梯式递增/递减指令 SPI®兼容型串行接口 3 V至5 V单电源或±2.5 V双电源供电产品详情AD5231是一款采用非易失性存储器*的数字控制电位计**,提供1024阶分辨率。它可实现与机械电位计相同的电子调整功能,而且具有增强的分辨率、固态可靠性和遥控能力。该器件功能丰富,可通过一个标准三线式串行接口进行编程,具有16种工作与调整模式,包括便笺式编程、存储器存储与恢复、递增/递减、±6 dB/步对数阶梯式调整、游标设置回读,并额外提供EEMEM用于存储用户自定义信息,如其它器件的存储器数据、查找表或系统识别信息等。在便笺式编程模式下,可以将特定设置直接写入RDAC寄存器,以设置端子W–A与端子W–B之间的电阻。此设置可以存储在EEMEM中,并在系统上电时自动传输至RDAC寄存器。EEMEM内容可以动态恢复,或者通过外部PR选通脉冲予以恢复;WP功能则可保护EE...
发表于 04-18 19:28 136次 阅读
AD5231 非易失性存储器、1024位数字电位计

CAT25128 EEPROM串行128-Kb SPI

28是一个EEPROM串行128-Kb SPI器件,内部组织为16kx8位。它具有64字节页写缓冲区,并支持串行外设接口(SPI)协议。通过片选( CS )输入使能器件。此外,所需的总线信号是时钟输入(SCK),数据输入(SI)和数据输出(SO)线。 HOLD 输入可用于暂停与CAT25128设备的任何串行通信。该器件具有软件和硬件写保护功能,包括部分和全部阵列保护。 片上ECC(纠错码)使该器件适用于高可靠性应用。 适用于新产品(Rev. E)。 特性 20 MHz SPI兼容 1.8 V至5.5 V操作 硬件和软件保护 低功耗CMOS技术 SPI模式(0,0& 1,1) 工业温度范围 自定时写周期 64字节页面写缓冲区 块写保护 - 保护1 / 4,1 / 2或所有EEPROM阵列 1,000,000计划/时代se周期 100年数据保留 8引脚SOIC,TSSOP和8焊盘TDFN,UDFN封装 此设备无铅,无卤素/ BFR,符合RoHS标准 其他识别具有永久写保护的页面 应用 汽车系统 通讯系统 计算机系统 消费者系统 工业系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 04-18 19:13 122次 阅读
CAT25128 EEPROM串行128-Kb SPI

CAT25256 EEPROM串行256-Kb SPI

56是一个EEPROM串行256-Kb SPI器件,内部组织为32kx8位。它具有64字节页写缓冲区,并支持串行外设接口(SPI)协议。通过片选( CS )输入使能器件。此外,所需的总线信号是时钟输入(SCK),数据输入(SI)和数据输出(SO)线。 HOLD 输入可用于暂停与CAT25256设备的任何串行通信。该器件具有软件和硬件写保护功能,包括部分和全部阵列保护。 片上ECC(纠错码)使该器件适用于高可靠性应用。 适用于新产品(Rev. E)。 特性 20 MHz(5 V)SPI兼容 1.8 V至5.5 V电源电压范围 SPI模式(0,0)& (1,1) 64字节页面写缓冲区 具有永久写保护的附加标识页(新产品) 自定时写周期 硬件和软件保护 100年数据保留期 1,000,000个程序/擦除周期 低功耗CMOS技术 块写保护 - 保护1 / 4,1 / 2或整个EEPROM阵列 工业温度范围 8引脚SOIC ,TSSOP和8焊盘UDFN封装 此器件无铅,无卤素/ BFR,以及符合RoHS标准 应用 汽车系统 Communica tions Systems 计算机系统 消费者系统 工业系统 ...
发表于 04-18 19:13 886次 阅读
CAT25256 EEPROM串行256-Kb SPI

CAT25040 4-kb SPI串行CMOS EEPROM存储器

信息 CAT25040是一个4-kb SPI串行CMOS EEPROM器件,内部组织为512x8位。安森美半导体先进的CMOS技术大大降低了器件的功耗要求。它具有16字节页写缓冲区,并支持串行外设接口(SPI)协议。该器件通过片选()启用。此外,所需的总线信号是时钟输入(SCK),数据输入(SI)和数据输出(SO)线。 输入可用于暂停与CAT25040设备的任何串行通信。该器件具有软件和硬件写保护功能,包括部分和全部阵列保护。 20 MHz(5 V)SPI兼容 1.8 V至5.5 V电源电压范围 SPI模式(0,0和1,1) 16字节页面写入缓冲区 自定时写入周期 硬件和软件保护 块写保护 - 保护1 / 4,1 / 2或整个EEPROM阵列 低功耗CMOS技术 1,000,000编程/擦除周期 100年数据保留 工业和扩展温度范围 PDIP,SOIC,TSSOP 8引脚和TDFN,UDFN 8焊盘封装 这些器件无铅,无卤素/ BFR,符合RoHS标准...
发表于 04-18 19:13 88次 阅读
CAT25040 4-kb SPI串行CMOS EEPROM存储器

CAT25160 EEPROM串行16-Kb SPI

60是一个EEPROM串行16-Kb SPI器件,内部组织为2048x8位。它们具有32字节页写缓冲区,并支持串行外设接口(SPI)协议。通过片选( CS )输入使能器件。此外,所需的总线信号是时钟输入(SCK),数据输入(SI)和数据输出(SO)线。 HOLD 输入可用于暂停与CAT25160设备的任何串行通信。这些器件具有软件和硬件写保护功能,包括部分和全部阵列保护。 特性 10 MHz SPI兼容 1.8 V至5.5 V电源电压范围 SPI模式(0,0& 1,1) 32字节页面写入缓冲区 自定时写周期 硬件和软件保护 块写保护 - 保护1 / 4,1 / 2或全部EEPROM阵列 低功耗CMOS技术 1,000,000个编程/擦除周期 100年数据保留 工业温度范围 符合RoHS标准的8引脚SOIC,T SSOP和8-pad UDFN软件包 应用 汽车系统 通讯系统 计算机系统 消费者系统 工业系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 04-18 19:13 112次 阅读
CAT25160 EEPROM串行16-Kb SPI