Найти

Результаты поиска

• ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЗИСТИВНОГО ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПРОЗРАЧНЫХ МЕМРИСТИВНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ ОКСИДА ЦИНКА ДЛЯ МАШИННОГО ЗРЕНИЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

  А.В. Саенко , К.А. Козюменко , И.А. Шиховцов , Р. В. Томинов , В.А. Смирнов

  2026-02-27

  Аннотация ▼

  Развитие нейроморфных систем машинного зрения для робототехнических комплексов требует создания прозрачных мемристивных структур, сочетающих оптическую прозрачность, стабильное биполярное резистивное переключение и совместимость с технологией кроссбар-массивов. Ключевой проблемой является установление закономерностей влияния режимов осаждения тонких пленок ZnO на их структурные и электрофизические свойства, которые определяют характеристики мемристивных структур. Целью работы являлось определение оптимальной мощности ВЧ магнетронного распыления керамической мишени ZnO, обеспечивающей формирование прозрачных мемристивных структур ITO/ZnO/ITO со стабильным резистивным переключением, и создание на их основе кроссбар-массива. Тонкие пленки ZnO осаждались методом ВЧ магнетронного распыления при мощности от 25 до 100 Вт. Проведены структурные (РЭМ, АСМ) и электрофизические (эффект Холла) исследования полученных пленок ZnO. Изготовлены методами магнетронного распыления и литографии прозрачные мемристивные структуры ITO/ZnO/ITO и кроссбар-массив из 16 структур с размером ячеек 2000×2000 нм на стеклянных подложках, а также измерены их вольтамперные характеристики. Показано, что возрастание мощности магнетронного распыления от 25 до 100 Вт приводит к увеличению размера зерен от 12,8 до 35,7 нм и шероховатости поверхности пленок ZnO от 2,8 до 11,4 нм. Получено, что при мощности распыления 75 Вт концентрация носителей заряда в пленках ZnO имеет максимальное значение 2,7·1015 см-3, что необходимо для стабильного резистивного переключения структуры. Показано, что полученные мемристивные структуры ITO/ZnO/ITO проявляют стабильное биполярное переключение в течение 1000 циклов между состояниями HRS = 537,4 ± 26,7 Ом и LRS = 291,4 ± 38,5 Ом (отношение HRS/LRS ~1,8). Изготовленный прозрачный кроссбар-массив показал стабильное резистивное переключение в течение 20000 циклов (LRS = 13,8 ± 1,4 кОм, HRS = 34,8 ± 2,6 кОм, отношение HRS/LRS ~2,5). Полученные результаты могут быть использованы при разработке технологических процессов изготовления прозрачных мемристивных кроссбаров для нейроморфных структур машинного зрения робототехнических систем

• ИССЛЕДОВАНИЕ СИНАПТИЧЕСКОЙ ПЛАСТИЧНОСТИ МЕМРИСТИВНЫХ CROSS-POINT СТРУКТУР ДЛЯ НЕЙРОМОРФНЫХ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

  Р.В. Томинов , З. Е. Вакулов , В.И. Варганов , И.О. Игнатьева , В. А. Смирнов

  200-207

  2025-12-30

  Аннотация ▼

  Показаны результаты многоуровневого резистивного переключения и синаптической пластичности нейроноподобного мемристивного cross-point на основе нанокристаллической пленки оксида цинка. Показано, что при изменении амплитуды и длительности входных импульсов мемристивный cross-point демонстрирует 6 резистивных состояний с сопротивлением от 4,27×10⁵ Ом до 8,34×10⁷ Ом. Показано, что энергия переключения некоторых синаптических уровней составляет единицы пикоджоулей, что перспективно для создания компактных маломощных нейроморфных систем. Так, показано, что нанокристаллические пленки ZnO обладают синаптической пластичностью, т.е. при приложении импульсов напряжения различной амплитуды и длительности могут переключаться в широком диапазоне синаптических уровней. Изготовленный мемристивный cross-point демонстрируют парно-импульсную потенциацию PPF при t_p от 1 мс до 10 мс и парно-импульсную депрессию PPD при t_p от 50 мс до 100 мс. Анализ полученных экспериментальных результатов исследования PPF и PPD показал, что увеличение количества импульсов с 10 до 90 приводит к увеличению постсинаптического тока EPSC от 32 мкА до 73 мкА для t_p = 1 мс, от 31 мкА до 59 мкА для
  t_p = 5 мс, от 31 мкА до 48 мкА для t_p = 10 мс, а также уменьшению EPSC от 30 мкА до 25 мкА для t_p = 50 мс, от 30 мкА до 17 мкА для t_p = 70 мс, от 30 мкА до 5 мкА для tp = 100 мс. Из полученных результатов следует, что чем короче интервал между импульсами, тем выше индекс PPF, поэтому можно сделать вывод, что изготовленная мемристивный cross-point на основе нанокристаллических пленок ZnO имитирует кратковременную пластичность биологического синапса, в котором пластичность PPF и PPD определяется концентрацией ионов Ca+ и который играет ключевую роль во многих биологических функциях мозга, таких как локализация источника звука, распознавание образов, ассоциативное обучение, фильтрация ненужной информации. Полученные результаты могут быть использованы для аппаратной реализации нейронных сетей, нейроморфных структур робототехнических комплексов, протезов и систем искусственного интеллекта

• ФОРМИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕМРИСТИВНЫХ ПЛЕНОК ЛЕГИРОВАННОГО ОКСИДА ЦИНКА ДЛЯ СИСТЕМ МАШИННОГО ЗРЕНИЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

  З. Е. Вакулов , Р.В. Томинов , Д.A. Дзюба , В.А. Смирнов

  116-123

  2025-11-10

  Аннотация ▼

  Представлены результаты исследования влияния режимов синтеза тонких пленок легированного оксида цинка методом импульсного лазерного осаждения на их морфологические и электрофизические характеристики. Проведены экспериментальные исследования влияния размерных эффектов на параметры резистивного переключения мемристорных структур на основе тонких пленок легированного оксида цинка. Установлена связь между морфологическими параметрами пленок, их толщиной и резистивными характеристиками переключения. Получены результаты, показывающие, как толщина, шероховатость поверхности и средний диаметр зерна влияют на соотношение сопротивлений в высокоомном и низкоомном состояниях, а также на напряжения переключения U_set и U_res. Показано, что увеличение толщины пленок оксида цинка, легированного галлием, приводит к увеличению напряжений U_set и U_res, в то время как зависимость соотношения сопротивлений в высокоомном и низкоомном состояниях имеет комплексный характер, максимум на ней наблюдается при толщине пленок порядка 30 нм. Полученные результаты позволяют оценить степень влияния структурных и морфологических параметров пленок легированного оксида цинка на эффект резистивного переключения в них, а также сформулировать рекомендации по получению данных пленок с требуемыми параметрами резистивного переключения. Установлено, что увеличивая толщину пленок оксида цинка легированного галлием от 11,8±5,1 нм до 55,1±18,4 нм можно изменять величину концентрации носителей заряда от (2,84±0,22)∙10¹⁹ см^-3 до (1,42±0,13)∙10²⁰ см^-3,
  а также подвижность носителей заряда от 54,48±4,07 см²/(В∙с) до 18,77±0,83 см²/(В∙с). При этом увеличение толщины пленок оксида цинка, легированного галлием, также приводит к увеличению сопротивления в высокоомном состоянии от 1,38±0,11 МОм до 62,59±5,4 МОм и сопротивления в низкоомном состоянии от 0,005±0,001 МОм до 0,041±0,002 МОм. Полученные результаты могут быть использованы при разработке физических принципов создания электронной компонентной базы систем искусственного интеллекта для изготовления новых приборов и устройств наноэлектроники и адаптивных нейроморфных систем

• ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ СЦЕНАРИЯ РАБОТЫ МОБИЛЬНОГО РОБОТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕЙРОМОРФНОГО МЕХАНИЗМА УПРАВЛЕНИЯ ЗАДАНИЕМ

  А. М. Корсаков , В.В. Иванова , А.А. Демчева , В. Д. Матвеев , Е. Ю. Смирнова

  2025-04-27

  Аннотация ▼

  Представлены результаты исследования возможности формирования и выполнения сценария
  работы мобильного робота с использованием нейроморфных информационно-управляющих элемен-
  тов (логические элементы «И», «ИЛИ» и «НЕ»; нейроморфный экстраполятор; нейроморфный де-
  тектор нештатных ситуаций; нейроморфный механизм формирования условного рефлекса). Приве-
  дено краткое описание этих информационно-управляющих элементов. В качестве базового элемента
  при этом выступает сегментная спайковая модель нейрона CSNM с возможностью структурного
  обучения. Обученная модель CSNM способна решать задачу бинарной классификации, из чего следу-
  ет возможность её использования в качестве отдельного информационно-управляющего элемента –
  детектора состояния. Организацию выполнения сценария работы мобильного робота предлагается
  строить на основе универсальных нейроморфных модулей с использованием указанных нейроморф-
  ных информационно-управляющих элементов. Предлагаемый механизм управления заданием сводит-
  ся к следующему. Универсальным нейроморфным модулям, используемым в качестве блоков-
  переключателей, присваиваются приоритеты. Детектирование той или иной ситуации выполняет-
  ся посредством универсального нейроморфного модуля, приоритет которого выше, что приводит к
  торможению всех универсальных нейроморфных модулей, приоритет которых ниже данного. До-
  бавляя, либо удаляя универсальные нейроморфные модули, а также меняя их приоритетность, мы
  получаем требуемое для нас поведение мобильного робота. В работе приведены результаты иссле-
  дования предложенного механизма организации сценария работы робота как на компьютерной мо-
  дели, так и на реальном роботе. Для компьютерного моделирования был разработан специальный
  эмулятор, который позволил всесторонне исследовать предложенное решение. В качестве тестовой
  задачи было выбрано движение к цели в помещении с перегородками. Результаты экспериментов
  показали принципиальную применимость предложенного механизма формирования и выполнения
  сценария работы робота. В работе указаны основные недостатки текущей реализации: возмож-
  ность ситуаций, приводящих к зацикливанию набора действий, совершаемых мобильным роботом, а
  также необходимость ручного согласования основных параметров сцены и мобильного робота
  (метрические характеристики заданных размеров зон сцены, угловая и линейная скорость мобильно-
  го робота и т.п.). Предложены пути устранения указанных недостатков. Сделан вывод о перспек-
  тивности применения сегментной спайковой модели нейрона и сетей на её основе для задач управле-
  ния мобильными роботами.

• ИССЛЕДОВАНИЕ МЕМРИСТИВНЫХ НАНОРАЗМЕРНЫХ СТРУКТУР С ПРОФИЛИРОВАННЫМ ЭЛЕКТРОДОМ ДЛЯ НЕЙРОМОРФНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

  И.Л. Житяев , М. С. Картель , Ю.Ю. Житяева , А. А. Авакян , В. А. Смирнов

  2025-04-27

  Аннотация ▼

  Представлены результаты разработки наноразмерных мемристорных структур, примене-
  ние которых является перспективным для аппаратной реализации систем искусственного интел-
  лекта. Предложена конструкция мемристорной ячейки на основе пленки оксида титана толщи-
  ной от 3 до 50 нм, верхний электрод которой представлял профилированную структуру в виде
  двух высокоаспектных острийных наноразмерных структур (ВОНС), у которой одно из острий
  было с радиусом 10 нм, а радиус острия второй варьировался в диапазоне от 10 до 50 нм. В каче-
  стве материала для верхнего электрода была выбрана платина из-за ее уникальных физико-
  химических свойств, в том числе высокой химической инертности в широком диапазоне темпера-
  тур и агрессивных сред, низкого удельного электрического сопротивления и устойчивости к окис-
  лению. Эти характеристики делают платину оптимальным материалом для использования в
  электронных устройствах и сенсорных системах, где требуется долговременная стабильность и
  минимальные потери энергии при передаче сигнала. Представлены результаты моделирования
  распределения напряженности электрического поля в межэлектродном промежутке мемристор-
  ной ячейки. Моделирование проводилось с использованием программного обеспечения COMSOL
  Multiphysics, в которой решаются системы нелинейных дифференциальных уравнений в частных
  производных методом конечных элементов, при разности потенциалов между электродами 5 В.
  На основе результатов моделирования получены и проанализированы зависимости величины на-
  пряженности электрического поля от геометрических параметров мемристорной ячейки. Выяв-
  лено локальное усиление напряженности электрического поля по периметру интерфейса оксида с
  ВОНС. Усиление неоднородности напряженности электрического поля возрастает с увеличением
  толщины оксидной пленки и может достигать 13,4%. Полученные результаты могут быть ис-
  пользованы при разработке нейроморфной электронной компонентной базы робототехнических
  систем и систем искусственного интеллекта на основе мемристоров