Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme
Das Themenfeld „Memristive Bauelemente“ beschäftigt sich mit der Herstellung, Integration und Charakterisierung von Memristoren für nichtflüchtige Speicheranwendungen. Ein Memristor ist im weitesten Sinne ein elektrischer Widerstand, welcher sich in Abhängigkeit von der Zeit und der angelegten Spannung nichtflüchtig verändert. Dabei wird zwischen Memristoren mit digitalem Schaltverhalten, welche sich zwischen einem hoch- und einem niederohmigen Zustand schalten lassen, und analogen Bauteilen, die ihren Innenwiderstand mit der Zeit kontinuierlich verändern (Memristanz), unterschieden. Durch Anlegen einer Spannung mit umgekehrter Polarität kann der Memristor entsprechend zurückgesetzt werden.
Aufgrund ihres inhärenten Biorealismus sind memristive Bauteile besonders gut geeignet, um Bestandteile des Gehirns und Nervensystems technisch nachzubilden. Eine ihre Hauptanwendungen ist daher der Aufbau technischer neuronaler Netze zur hardwarebasierten Realisierung künstlicher Intelligenz. Weitere Anwendungsfelder sind hochdichte Speicher auf der Basis nanoionischer Redox-Prozesse, so genannte ReRAMS, und Zero Energy Sensoren in Kombination mit ladungserzeugenden physikalischen Wandlern.
Das Fraunhofer ENAS arbeitet seit vielen Jahren auf dem Feld der memristiven Bauteile und hat einige dieser Bauteile bereits in die Applikation überführt, Abb. 1 und 2. Einer der Schwerpunkte lag dabei auf der Herstellung von Zero-Energy-Sensoren, welche mittels einer Kombination aus piezoelektrischem Wandler und Memristor realisiert werden, Abb. 3. Dabei liefert der piezoelektrische Wandler bei Eintreten von Erschütterungen und Vibrationen ausreichend Energie, um den Memristor zu beschreiben. Mittels einer speziellen, RFID-basierten Drahtlosschnittstelle werden die Sensoren ausgelesen und zurückgesetzt. Ein weiterer Schwerpunkt ist das neuromorphe Rechnen unter Verwendung memristiver Synapsen. Mittels unserer speziellen, patentierten BiFeO3-Technologie können synaptische Schaltungen mit sehr geringer Verlustleitung, hoher Performance und sehr gutem Signal-Rausch-Verhältnis umgesetzt werden. Die Memristoren sind dabei sowohl als Einzelbauteil als auch als memristives Cross-Bar-Arrays, Abb. 4, verfügbar. Erste Untersuchungen zur Integration On Top on CMOS sind bereits in Arbeit.
