기존 memory device에서 refresh 등으로 인한 leakage power 문제 해결을 위해, 그리고 Von Neumann architecture에서 발생하는 bottle neck 문제해결을 위한 접근법 중 neuromorphic application을 위해 memristor는 다양한 structure나 switching media를 가지고 연구되고 있습니다. Memristor의 특성을 파악하기 위해서는 여러 measurement 방법들이 동원되는데, 논문에서 소개되는 내용들을 간략하게 요약하고 각 측정이 보여주고자 하는 요소와 동일 측정을 어떻게 다른 figure로 표현할 수 있는지 정리하고자 합니다. 각 측정에 사용된 장비와 제시된 측정 기준 등에 대해서도 함께 정리하였습니다.
모든 측정에 앞서, 논문에서 주로 좋은 memristor라고 예기하는 기준들은 다음과 같습니다. 아래의 내용들은 대부분 filamentary based memristor와 관련된 논문들을 읽으며 확인하였으며, 이외에도 좋은 내용들이 있다면 알려주세요 🙂
- Low power operation: low SET/RESET voltage < 1.5V / low pulse height / CC, etc.
- No negative-SET: lower RESET CC then SET CC / high endurance
- Forming free: low power (fabrication step)
- High ON/OFF ratio (memory window, dynamic range): distinct switching area
- High endurance: reliability
- High retention: Non-volatile & reliability
- Pulse switching: Fast switching / low power / MRS
- Linear & symmetrical conductance update
- Low cycle-to-cycle & device-to-device variation
- Reproductivity
- Possibility of other applications: RF / neuromorphic / logic, etc.
Voltage Sweep
Memristor의 가장 기본적인 특성을 보여주는 측정방법입니다. unipolar 또는 bilpolar 특성에 따라서 device의 hysteresis에 기반해 voltage sweep을 하게 되면 특정 voltage값에서 저항이 급격히 변화하는 것을 보여줍니다. HRS(High Resistance State, 고저항 상태)→LRS(Low Resistance State, 저저항 상태)로 변화하는 것을 SET, 그 반대과정을 RESET이라 합니다. filamentary based의 경우, pristine device는 forming이 요구될 수 있어, 첫 cycle 이후 SET voltage가 낮아지는 경향을 보여줍니다. 하지만 monolayer MoS2와 같이 atomic thickness를 가진 material을 switching media로 사용할 경우, forming free라는 좋은 특성을 가지는 것을 볼 수 있습니다. 이는 SET, RESET cycle이 반복되는 동안에는 filament가 완전히 끊어졌다가 다시 연결되는 것이 아닌, 일부 영역만 변화하기 때문으로, 처음에는 아무런 기반없이 filament가 형성되어야 하기에 SET보다 더 높은 forming voltage를 필요로 하게 됩니다.
제가 주로 살펴본 논문들에서는 refresh와 같은 과정이 필요없이, 한 번 resistance state를 고정해놓으면 그 값이 변하지 않는 non-volatile (비휘발성) memristor가 대부분이었으나, 이 이외에도,
Pulse Switching
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Retention (Life time)
Endurance (Cycling, Cycle-to-Cycle Variation)
Device-to-Device Variation
Pulse based MRS
CC control based MRS
Current Sweep
Application: Synaptic Plasticity
Application: Array Measurement
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