В еженедельнике "Аргументы и факты" (АиФ-Нижний Новгород) вышло интервью с А.Михайловым, зав. лабораторией физики и технологии тонких пленок НИФТИ ННГУ

Читать далее
16.08.2018

В НИФТИ ННГУ с использованием ионной имплантации разработан уникальный УФ-детектор нечувствительный к солнцу (solar-blind photodetector)

Читать далее
14.08.2018

В еженедельнике "Аргументы и факты" (АиФ-Нижний Новгород) вышло интервью с М. Денисенко, зав. лабораторией Теории наноструктур НИФТИ ННГУ

Читать далее
07.08.2018

Коллектив НИФТИ ННГУ поздравляет аспирантов физического факультета ННГУ - сотрудников НИФТИ ННГУ с победой в конкурсе на получение стипендий им. академика Г.А. Разуваева на 2018-2019 учебный год!

Читать далее
03.08.2018

Коллектив НИФТИ ННГУ поздравляет своих сотрудников - молодых кандидатов наук с победой в Президентской программе исследовательских проектов РНФ!

Читать далее
03.07.2018

Мемристивные системы

Ответственный исполнитель НИР по направлению: Лаборатория физики и технологии тонких пленок

 

Разработка научно-технологических решений по созданию принципиально новой, универсальной энергонезависимой памяти – резистивной памяти, а также нейроимитирующих электронных устройств на основе мемристоров

       Научно-технический задел как в области физики и технологии тонких пленок, так и в области взаимодействия заряженных частиц с твердым телом позволил коллективу лаборатории своевременно начать исследования в новом прорывном направлении, связанном с разработкой запоминающих и нейроимитирующих (нейроморфных) электронных устройств на основе мемристоров – элементов электрических цепей с адаптивным поведением и эффектом памяти (изменением резистивного состояния под действием электрических сигналов). В самой ближайшей перспективе резистивная память на основе мемристивных наноструктур сможет заменить традиционные оперативные и постоянные запоминающие устройства как в обычных вычислительных системах, так и в высоконадежной аппаратуре, работающей в условиях космоса и атомных реакторов. Синаптическое поведение мемристивных структур используется при создании на основе традиционной КМОП-технологии элементной базы принципиально нового поколения вычислительных систем – ассоциативных компьютеров (по сложности, принципу действия и возможностям приближающихся к человеческому мозгу), а также интерфейсов «мозг-компьютер»; с этим направлением связываются передовые решения в области робототехники, искусственного интеллекта, диагностики и лечения заболеваний.

Биполярное резистивное переключение мемристора

Биполярное резистивное переключение между состояниями с высоким сопротивлением (СВС) и состоянием с низким сопротивлением (СНС) тонкопленочной структуры мемристора (слева) и зависимость сопротивления мемристора от длительности воздействующего импульса (спайка), характерная для адаптивного поведения синаптического соединения (справа).

 

       Коллективом лаборатории совместно с другими подразделениями НИФТИ и НОЦ «Физика твердотельных наноструктур» ННГУ, а также с индустриальным партнером, в качестве которого выступает НИИИС им. Ю.Е. Седакова, разработаны научно-технологические решения по формированию методами магнетронного распыления тонкопленочных структур «металл-диэлектрик-металл» и «металл-диэлектрик-полупроводник» на основе оксидных материалов, проявляющих биполярное резистивное переключение, которые положены в основу разработки и изготовления макетов тестовых кристаллов элементов многократно перепрограммируемой энергонезависимой памяти. С применением ионной имплантации впервые выполнено имитационное моделирование и показана высокая стойкость разработанных элементов резистивной памяти к воздействию космических протонов и быстрых нейтронов в широком диапазоне доз вплоть до экстремальных значений. Изучены закономерности и механизмы транспорта заряда, позволившие получить информацию о природе различных резистивных состояний оксидных пленок. Обнаружена чувствительность тонкопленочных структур к составу окружающей атмосферы, которая может быть использована для создания сенсоров. На основе результатов, полученных при исследовании процессов электроформовки и влияния атмосферы на процесс резистивного переключения, предложена модель переключения, основанная на реакции окисления-восстановления филамента под действием приложенного напряжения определенной полярности. В рамках международного сотрудничества с коллективом под руководством Н.А. Соболева (Университет Авейро, Португалия) выполнены работы по детальному изучению с применением импедансной спектроскопии природы резистивных состояний в тонкопленочных мемристивных структурах на основе оксидов кремния и циркония.

       В рамках нового инициативного проекта сотрудниками лаборатории 2.1 и отдела 14 НИФТИ исследуется возможность функционирования разработанных мемристивных структур в макетах искусственных нейронных сетей. Изучается адаптивное (синаптическое) поведение резистивного состояния мемристивных структур с целью их интеграции в электронные устройства, которые могут быть использованы не только для демонстрации функций нейронной сети, но и для преобразования, воспроизведения и контроля электрической активности биологических культур. С этой целью совместно с коллегами из Института биологии и биомедицины ННГУ и Нижегородской государственной медицинской академии впервые будет исследована возможность сопряжения искусственных нейронных сетей на основе мемристоров с электронными устройствами, регистрирующими электрическую активность культуральной сети гиппокампальных нейронов.

       Масштабность поставленной задачи обусловлена ее междисциплинарным характером и необходимостью привлечения опыта и квалификации специалистов в разных областях – физики и технологии тонкопленочных наноструктур, компьютерного моделирования нейронных сетей, математического моделирования и проектирования электронных схем, нейродинамики и нейробиологии.