Memristor คืออะไร? ประเภทของ Memristors และการใช้งาน

แนวคิดของ memristic หรือ ทฤษฎีเมมริสเตอร์ ดำเนินการโดย Leon Ong Chua เขาเป็นศาสตราจารย์ในภาควิชาวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์และวิศวกรรมไฟฟ้าที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ประสิทธิภาพของสวิตช์เมมริสเตอร์ได้รับการเปิดเผยโดยนักวิทยาศาสตร์ของห้องปฏิบัติการ HP ในขณะที่พวกเขาพยายามค้นหาสวิตช์คานประตู เมมริสเตอร์เป็นที่รู้จักกันในชื่อเมทริกซ์สวิทช์เนื่องจากส่วนใหญ่ใช้สำหรับเชื่อมต่ออินพุตหลายตัวรวมทั้งเอาต์พุตในรูปแบบของเมทริกซ์ ศาสตราจารย์ Leon Chua ได้สังเกตแบบจำลองของ ตัวเก็บประจุตัวต้านทานและตัวเหนี่ยวนำ . และเขาสังเกตเห็นส่วนที่ขาดหายไปซึ่งมีชื่อว่าเมมริสเตอร์หรือตัวต้านทานหน่วยความจำ การเป็นตัวแทนของตัวต้านทานหน่วยความจำนี้ได้รับการขยายในปี 2549 โดยนักวิทยาศาสตร์ Stanley Williams เทคโนโลยีนี้ถูกค้นพบเมื่อสองสามทศวรรษที่แล้วแม้ว่าจะมีการสร้างขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา

Memristors คืออะไร?

เรารู้ว่าทุกๆ วงจรอิเล็กทรอนิกส์ สามารถออกแบบได้โดยใช้ส่วนประกอบแฝงหลายตัว ได้แก่ ตัวต้านทานตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำ แต่จะมีองค์ประกอบที่สี่ที่สำคัญซึ่งเรียกว่าเมมริสเตอร์ เหล่านี้คือ เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ สำหรับการต่อส่วนประกอบแบบพาสซีฟเพื่อสร้างองค์ประกอบที่สี่และความต้านทานถูกตั้งชื่อเป็นความทรงจำ มันเป็นความต้านทานขึ้นอยู่กับประจุใน วงจร memristor & หน่วยความต้านทานคือโอห์ม

เมมริสเตอร์

เมมริสเตอร์เต็มรูปแบบคือหน่วยความจำ + ตัวต้านทาน นี่จึงเรียกว่าองค์ประกอบพื้นฐานที่สี่ คุณสมบัติหลักของเมมริสเตอร์คือมีความสามารถในการจดจำประวัติสถานะ ดังนั้นจึงเพิ่มความสำคัญของการปรับปรุงสิ่งเหล่านี้จึงมีความสำคัญมากที่จะต้องมีการเรียบเรียงหนังสือที่มีอยู่ในสาขาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์

การก่อสร้าง Memristor

การสร้าง memristor แสดงไว้ด้านล่าง มันเป็นส่วนประกอบสองขั้วและ memristor ทำงาน คือความต้านทานส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับขนาดแรงดันไฟฟ้าที่ใช้และขั้ว เนื่องจากไม่ได้ใช้แรงดันไฟฟ้าความต้านทานจะเหลือและทำให้เป็นส่วนประกอบที่ไม่ใช่เชิงเส้นและหน่วยความจำ

การก่อสร้าง Memristor

แผนภาพด้านบนแสดงให้เห็นว่าการสร้างเมมริสเตอร์ เมมริสเตอร์ใช้ไททาเนียมไดออกไซด์ (TiO2) เหมือนวัสดุต้านทาน ทำงานได้ดีกว่าวัสดุประเภทอื่น ๆ เช่นซิลิกอนไดออกไซด์ เมื่อให้แรงดันไฟฟ้าทั่วอิเล็กโทรดแพลตตินั่มอะตอม Tio2 จะกระจายไปทางขวาหรือซ้ายในวัสดุตามขั้วของแรงดันไฟฟ้าซึ่งทำให้ทินเนอร์หรือหนาขึ้นดังนั้นจึงทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความต้านทาน

ประเภทของ Memristor

Memristors แบ่งออกเป็นหลายประเภทตามการออกแบบและภาพรวมของประเภทเหล่านี้จะกล่าวถึงด้านล่าง

• เมมริสเตอร์ฟิล์มบางระดับโมเลกุลและอิออน
• สปินและเมมริสเตอร์แม่เหล็ก

ประเภทของ Memristors

Memristors ฟิล์มบางระดับโมเลกุลและอิออน

เมมริสเตอร์ประเภทนี้มักขึ้นอยู่กับคุณสมบัติที่แตกต่างกันของวัสดุสำหรับเครือข่ายอะตอมของฟิล์มขนาดเล็กที่แสดงฮิสเทอรีซิสจะลดการใช้ประจุลง เมมริสเตอร์เหล่านี้แบ่งออกเป็นสี่ประเภทซึ่งรวมถึงสิ่งต่อไปนี้

ไทเทเนียมไดออกไซด์

โดยทั่วไปจะค้นพบเมมริสเตอร์ประเภทนี้สำหรับการวางแผนและการสร้างแบบจำลอง

พอลิเมอร์ / ไอออนิก

เมมริสเตอร์ประเภทนี้ใช้วัสดุประเภทโพลีเมอร์หรือสารเจือด้วยไฟฟ้าเฉื่อย ตัวพาประจุไอออนิกโซลิดสเตตจะไหลในโครงสร้างทั้งหมดของเมมริสเตอร์

ไดโอดอุโมงค์เรโซแนนซ์

เมมริสเตอร์เหล่านี้ใช้ไดโอดที่พอดีกับควอนตัมเจือโดยเฉพาะของชั้นแบ่งระหว่างพื้นที่ของแหล่งที่มาและท่อระบายน้ำ

แมงกานีส

เมมริสเตอร์ประเภทนี้ใช้สารตั้งต้นของฟิล์ม bilayer-oxide ซึ่งขึ้นอยู่กับแมงกานีสเมื่อเทียบกับ TiO2-memristor

เมมริสเตอร์แบบหมุนและแม่เหล็ก

เมมริสเตอร์ประเภทนี้ย้อนกลับไปสู่ระบบโครงสร้างนาโนที่ใช้โมเลกุลและไอออนิก เมมริสเตอร์เหล่านี้จะขึ้นอยู่กับระดับของคุณสมบัติการหมุนอิเล็กทรอนิกส์ ในระบบประเภทนี้การแบ่งส่วนหมุนอิเล็กทรอนิกส์จะตอบสนอง ซึ่งแบ่งออกเป็น 2 ประเภท

Spintronic

ในเมมริสเตอร์ประเภทนี้วิถีอิเล็กตรอนแบบสปินจะเปลี่ยนสถานะของการทำให้เป็นแม่เหล็กของอุปกรณ์ซึ่งจะเปลี่ยนความต้านทานตามนั้น

Spin Torque Transfer

ในเมมริสเตอร์ประเภทนี้ตำแหน่งแม่เหล็กไฟฟ้าสัมพัทธ์จะส่งผลต่อสถานะแม่เหล็กทางแยกของอุโมงค์ซึ่งในการหมุนจะเปลี่ยนความต้านทาน

ข้อดีและข้อเสียของ Memristor

ข้อดีของ memristor ส่วนใหญ่มีดังต่อไปนี้

• Memristors สะดวกสบายมากกับอินเทอร์เฟซของ CMOS และจะไม่ใช้พลังงานเมื่อไม่มีการใช้งาน
• ใช้พลังงานน้อยลงในการสร้างความร้อนน้อยลง
• มีพื้นที่เก็บข้อมูลที่สูงมากและความเร็ว
• มีความสามารถในการจดจำการไหลของประจุในช่วงเวลาหนึ่ง
• เมื่อพลังงานถูกขัดจังหวะในศูนย์ข้อมูลจะให้ความยืดหยุ่นและความน่าเชื่อถือที่ดีขึ้น
• บูตเครื่องได้เร็วขึ้น
• สามารถกู้คืนฮาร์ดไดรฟ์และ DRAM ได้

ข้อเสียของ memristor ส่วนใหญ่มีดังต่อไปนี้

• สิ่งเหล่านี้ไม่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์
• ความเร็วของเวอร์ชันที่มีอยู่เพียงแค่ 1/10 กว่า DRAM
• มีความสามารถในการเรียนรู้ แต่ยังสามารถศึกษารูปแบบที่ผิดพลาดในการเปิด
• ประสิทธิภาพและความเร็วของเมมริสเตอร์จะไม่ตรงกับทรานซิสเตอร์และ DRAM
• เนื่องจากข้อมูลทั้งหมดบนพีซีกลายเป็นไม่ลบเลือนดังนั้นการรีบูตเครื่องจะไม่ช่วยแก้ปัญหาใด ๆ เนื่องจากบ่อยครั้งที่สามารถใช้ DRAM ได้

แอปพลิเคชั่น Memristor

• นี่คือส่วนประกอบสองขั้วและความต้านทานตัวแปรซึ่งใช้ในแอพพลิเคชั่นต่อไปนี้
• Memristors ใช้ในหน่วยความจำดิจิตอล วงจรลอจิก , ระบบชีวภาพและระบบประสาท
• Memristors ใช้ในเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์เช่นเดียวกับหน่วยความจำดิจิทัล
• Memristors ใช้ในโครงข่ายประสาทเทียมเช่นเดียวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบอนาล็อก
• สิ่งเหล่านี้ใช้ได้กับแอปพลิเคชันตัวกรองอะนาล็อก
• การตรวจจับระยะไกลและการใช้งานพลังงานต่ำ
• Memristors ใช้ใน Programmable Logic & การประมวลผลสัญญาณ
• พวกเขามีความสามารถในการจัดเก็บข้อมูลอนาล็อกและดิจิทัลด้วยวิธีที่ง่ายและประหยัดพลังงาน

ดังนั้นในอนาคตสิ่งเหล่านี้สามารถนำไปใช้เพื่อดำเนินการลอจิกดิจิทัลโดยมีผลกระทบแทน ประตู NAND . แม้ว่าจะมีการออกแบบเมมริสเตอร์หลายตัว แต่ก็ยังมีอีกบางอย่างที่จะสมบูรณ์แบบ ดังนั้นทั้งหมดนี้เป็นข้อมูลเกี่ยวกับ memristor และประเภทของมัน . จากข้อมูลข้างต้นในที่สุดเราสามารถสรุปได้ว่า memristor สามารถใช้ในการจัดเก็บข้อมูลได้เนื่องจากระดับความต้านทานไฟฟ้าจะแตกต่างกันไปเมื่อใช้กระแสไฟฟ้า ก ตัวต้านทานปกติ ให้ระดับความต้านทานคงที่ แต่เมมริสเตอร์มีความต้านทานในระดับสูงซึ่งสามารถเข้าใจได้ว่าพีซีเป็นเครื่องหนึ่งในแง่ข้อมูลเช่นเดียวกับระดับต่ำสามารถเข้าใจได้ว่าเป็นศูนย์ ดังนั้นข้อมูลสามารถเขียนใหม่ได้ด้วยการควบคุมปัจจุบัน นี่คือคำถามสำหรับคุณอะไรคือหน้าที่หลักของ memristor?