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Publicação
Zinc-tin oxide devices for sustainable electronic systems
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
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| 10.81 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Sustainable, earth-abundant materials offer a promising route toward addressing the
economic, environmental, and energy challenges of modern computing.
This thesis explores zinc-tin oxide (ZTO), an amorphous semiconductor, as a versatile
platform for energy-efficient and scalable neuromorphic computing systems. Initially, ZTO
memristors were designed to show the necessary qualities for their use as in-memory computing units in neural network accelerating applications. However, with the aim of more faithfully
emulating biological neuronal structures, the research of physical reservoir systems (PRC) was
pursued. By exploiting the inherent non-linear mechanisms of tailor designed memristors, the
resulting PRC implementations were able to achieve considerable improvements in both network size and accuracy in a practical digit recognition task.
ZTO-based diodes were also developed in tandem with the previously mentioned systems. With potential use as sneak-path-preventing selective devices in active crossbars for neuromorphic applications or other high-frequency tasks, the Schottky diodes showed record
breaking metrics when compared with the vertically stacked solution-based oxide structures
currently available in the literature.
Através do uso de materiais abundantes e sustentáveis, é possível colmatar os problemas económicos, ambientais e energéticos associados aos sistemas computacionais modernos. Esta tese explora o uso de óxido de zinco-estanho (ZTO), um semicondutor amorfo, como uma plataforma versátil para o desenvolvimento de arquiteturas neuromórficas energeticamente eficientes e escaláveis. Inicialmente, memristores de ZTO foram concebidos com o objetivo de mostrar as qualidades necessárias para serem usados como unidades de computação em memória aplicadas a aceleradores de redes neuronais. No entanto, tendo em consideração uma aproximação às estruturas neuronais biológicas, prosseguiu-se à investigação de sistemas de computação de reservatório físico (CRF). Ao tomarmos proveito dos mecanismos não-lineares inerentes aos memristores especificamente fabricados para este efeito, o resultante sistema CRF obteve melhorias consideráveis tanto em termos de dimensões da rede como da sua precisão quando avaliado numa tarefa de reconhecimento de dígitos escritos à mão. Díodos baseados em ZTO também foram desenvolvidos em conjunto com os sistemas mencionados anteriormente. Com potencial uso como dispositivos seletivos para prevenção de correntes parasitas (sneak path) em matrizes ativas para aplicações neuromórficas ou qualquer outro circuito de alta frequência, estas estruturas apresentaram métricas record quando comparadas com os díodos de óxido baseados em solução de estrutura vertical atualmente disponíveis na literatura.
Através do uso de materiais abundantes e sustentáveis, é possível colmatar os problemas económicos, ambientais e energéticos associados aos sistemas computacionais modernos. Esta tese explora o uso de óxido de zinco-estanho (ZTO), um semicondutor amorfo, como uma plataforma versátil para o desenvolvimento de arquiteturas neuromórficas energeticamente eficientes e escaláveis. Inicialmente, memristores de ZTO foram concebidos com o objetivo de mostrar as qualidades necessárias para serem usados como unidades de computação em memória aplicadas a aceleradores de redes neuronais. No entanto, tendo em consideração uma aproximação às estruturas neuronais biológicas, prosseguiu-se à investigação de sistemas de computação de reservatório físico (CRF). Ao tomarmos proveito dos mecanismos não-lineares inerentes aos memristores especificamente fabricados para este efeito, o resultante sistema CRF obteve melhorias consideráveis tanto em termos de dimensões da rede como da sua precisão quando avaliado numa tarefa de reconhecimento de dígitos escritos à mão. Díodos baseados em ZTO também foram desenvolvidos em conjunto com os sistemas mencionados anteriormente. Com potencial uso como dispositivos seletivos para prevenção de correntes parasitas (sneak path) em matrizes ativas para aplicações neuromórficas ou qualquer outro circuito de alta frequência, estas estruturas apresentaram métricas record quando comparadas com os díodos de óxido baseados em solução de estrutura vertical atualmente disponíveis na literatura.
Descrição
Palavras-chave
Zinc-tin oxide memristor neuromorphic computing reservoir computing diode high-frequency