采用非对称多脉冲唤醒改善双层FTJ的电导窗口

《IEEE Journal of the Electron Devices Society》：Improved Conductance Window in Bilayer FTJs Using Asymmetric Multipulse Wake-Up

　　

摘要：

铁电隧道结（FTJ）是有望用于嵌入式存储和存内计算的器件。然而，唤醒效应在决定基于氧化铪的FTJ性能方面起着关键作用。在双层金属-介电-铁电-金属FTJ堆叠结构中，不同的界面引入了不对称的矫顽电压分布，从而影响唤醒行为。采用对两种极性施加等幅脉冲的方法（双极性唤醒方法），唤醒后仅能实现有限的剩余极化和ON态电流。在本工作中，我们系统地比较了各种唤醒方案，以实现唤醒效率与可靠性之间的最佳平衡。所提出的非对称多脉冲方案通过对具有较宽矫顽电压分布的极性施加更多脉冲来增强极化切换。与传统双极性唤醒相比，所提出的方案使剩余极化提高了8%，ON态隧道电流提高了372%。该器件还表现出很强的可靠性，耐久性高达约～1.5×10⁸次，且中间电导态保持性能稳定。此外，将实验获得的FTJ器件特性纳入使用snnTorch实现的卷积脉冲神经网络（CSNN）中，并在N-MNIST数据集上进行评估，推理准确率达到96%，突显了所提出的唤醒方案在存内计算中的潜力。