通过电极工程提高Ta2O5/HfO2基忆阻器的物理随机性以实现真随机数生成

《ACS Nano》：Enhancing Physical Randomness in Ta2O5/HfO2 Based Memristors through Electrode Engineering for True Random Number Generation

真随机数发生器基于钛酸钡/氧化锆/铂忆阻器，通过顶电极材料调控（Ag/Ta/Pt）实现多极性、双极性及单极性工作模式。单极性Pt器件在160 kb/s吞吐量下通过NIST SP 800-22全部15项随机性测试，为物联网加密传输提供可靠熵源。

　　

基于忆阻器的真随机数生成器（TRNGs）利用其固有的开关变异性来生成不可预测的真随机数。本文研究了由顶部电极引起的Ta₂O₅/HfO₂/Pt基忆阻器的性能和不稳定特性。当顶部电极分别使用Ag、Ta和Pt时，Ta₂O₅/HfO₂/Pt基忆阻器表现出波动性、双极性和单极性，这些特性对应于不同的导电机制模型。这些内在的随机特性可以应用于各种TRNG电路中，尤其是通过使用单极性的Pt/Ta₂O₅/HfO₂/Pt器件来提高电路的吞吐率和连续性。值得注意的是，在优化条件下，基于单极性器件的TRNG能够实现约160 kb/s的吞吐率，并且生成的真随机数通过了所有15项NIST SP 800-22随机性测试。这项工作不仅实现了以单极性忆阻器为核心熵源的TRNG，还强调了其在保障物联网应用安全传输方面的重要性。